Efficient propagation of systematic uncertainties from calibration to analysis with the SnowStorm method in IceCube

被引：19

作者：

Aartsen, M. G. ^{[21
]}

Ackermann, M. ^{[63
]}

Adams, J. ^{[21
]}

Aguilar, J. A. ^{[16
]}

Ahlers, M. ^{[26
]}

Alispach, C. ^{[32
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Al Atoum, B. ^{[7
]}

Andeen, K. ^{[44
]}

Anderson, T. ^{[60
]}

Ansseau, I ^{[16
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Anton, G. ^{[30
]}

Arguelles, C. ^{[18
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Auenberg, J. ^{[4
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Axani, S. ^{[18
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Backes, P. ^{[4
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Bagherpour, H. ^{[21
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Bai, X. ^{[51
]}

Balagopal, A., V ^{[35
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Barbano, A. ^{[32
]}

Barwick, S. W. ^{[34
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Bastian, B. ^{[63
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Baum, V ^{[43
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Baur, S. ^{[16
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Bay, R. ^{[12
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Beatty, J. J. ^{[23
,24
,25
]}

Becker, K-H ^{[62
]}

Tjus, J. Becker ^{[15
]}

BenZvi, S. ^{[53
]}

Berley, D. ^{[22
]}

Bernardini, E. ^{[1
,63
]}

Besson, D. Z. ^{[2
,36
]}

Binder, G. ^{[12
,13
]}

Bindig, D. ^{[62
]}

Blaufuss, E. ^{[22
]}

Blot, S. ^{[63
]}

Bohm, C. ^{[54
,55
]}

Boerner, M. ^{[27
]}

Boeser, S. ^{[43
]}

Botner, O. ^{[61
]}

Boettcher, J. ^{[4
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Bourbeau, E. ^{[26
]}

Bourbeau, J. ^{[41
,42
]}

Bradascio, F. ^{[63
]}

Braun, J. ^{[41
,42
]}

Bron, S. ^{[32
]}

Brostean-Kaiser, J. ^{[63
]}

Burgman, A. ^{[61
]}

Buscher, J. ^{[4
]}

Busse, R. S. ^{[45
]}

Carver, T. ^{[32
]}

机构：

[1] Univ Padua, I-35131 Padua, Italy

[2] Natl Res Nucl Univ, Moscow Engn Phys Inst MEPhI, Moscow 115409, Russia

[3] Univ Tokyo, Earthquake Res Inst, Bunkyo Ku, Tokyo 1130032, Japan

[4] Rhein Westfal TH Aachen, Phys Inst 3, D-52056 Aachen, Germany

[5] Univ Adelaide, Dept Phys, Adelaide, SA 5005, Australia

[6] Univ Alaska Anchorage, Dept Phys & Astron, 3211 Providence Dr, Anchorage, AK 99508 USA

[7] Univ Texas Arlington, Dept Phys, 502 Yates St,Sci Hall Rm 108,Box 19059, Arlington, TX 76019 USA

[8] Clark Atlanta Univ, CTSPS, Atlanta, GA 30314 USA

[9] Georgia Inst Technol, Sch Phys, Atlanta, GA 30332 USA

[10] Georgia Inst Technol, Ctr Relativist Astrophys, Atlanta, GA 30332 USA

[11] Southern Univ, Dept Phys, Baton Rouge, LA 70813 USA

[12] Univ Calif Berkeley, Dept Phys, Berkeley, CA 94720 USA

[13] Lawrence Berkeley Natl Lab, Berkeley, CA 94720 USA

[14] Humboldt Univ, Inst Phys, D-12489 Berlin, Germany

[15] Ruhr Univ Bochum, Fak Phys & Astron, D-44780 Bochum, Germany

[16] Univ Libre Bruxelles, Sci Fac, CP230, B-1050 Brussels, Belgium

[17] Vrije Univ Brussel, Dienst ELEM, B-1050 Brussels, Belgium

[18] MIT, Dept Phys, Cambridge, MA 02139 USA

[19] Chiba Univ, Dept Phys, Chiba 2638522, Japan

[20] Chiba Univ, Inst Global Prominent Res, Chiba 2638522, Japan

[21] Univ Canterbury, Dept Phys & Astron, Private Bag 4800, Christchurch, New Zealand

[22] Univ Maryland, Dept Phys, College Pk, MD 20742 USA

[23] Ohio State Univ, Dept Astron, Columbus, OH 43210 USA

[24] Ohio State Univ, Dept Phys, Columbus, OH 43210 USA

[25] Ohio State Univ, Ctr Cosmol & Astroparticle Phys, Columbus, OH 43210 USA

[26] Univ Copenhagen, Niels Bohr Inst, DK-2100 Copenhagen, Denmark

[27] TU Dortmund Univ, Dept Phys, D-44221 Dortmund, Germany

[28] Michigan State Univ, Dept Phys & Astron, E Lansing, MI 48824 USA

[29] Univ Alberta, Dept Phys, Edmonton, AB T6G 2E1, Canada

[30] Friedrich Alexander Univ Erlangen Nurnberg, Erlangen Ctr Astropart Phys, D-91058 Erlangen, Germany

[31] Tech Univ Munich, Phys Dept, D-85748 Garching, Germany

[32] Univ Geneva, Dept Phys Nucl & Corpusculaire, CH-1211 Geneva, Switzerland

[33] Univ Ghent, Dept Phys & Astron, B-9000 Ghent, Belgium

[34] Univ Calif Irvine, Dept Phys & Astron, Irvine, CA 92697 USA

[35] Karlsruhe Inst Technol, Inst Kernphys, D-76021 Karlsruhe, Germany

[36] Univ Kansas, Dept Phys & Astron, Lawrence, KS 66045 USA

[37] SNOLAB, 1039 Reg Rd 24,Creighton Mine 9, Lively, ON P3Y 1N2, Canada

[38] UCLA, Dept Phys & Astron, Los Angeles, CA 90095 USA

[39] Mercer Univ, Dept Phys, Macon, GA 31207 USA

[40] Univ Wisconsin, Dept Astron, Madison, WI 53706 USA

[41] Univ Wisconsin, Dept Phys, 1150 Univ Ave, Madison, WI 53706 USA

[42] Univ Wisconsin, Wisconsin IceCube Particle Astrophys Ctr, Madison, WI 53706 USA

[43] Johannes Gutenberg Univ Mainz, Inst Phys, Staudinger Weg 7, D-55099 Mainz, Germany

[44] Marquette Univ, Dept Phys, Milwaukee, WI 53201 USA

[45] Westfalische Wilhelms Univ Munster, Inst Kernphys, D-48149 Munster, Germany

[46] Univ Delaware, Bartol Res Inst, Newark, DE 19716 USA

[47] Univ Delaware, Dept Phys & Astron, Newark, DE 19716 USA

[48] Yale Univ, Dept Phys, New Haven, CT 06520 USA

[49] Univ Oxford, Dept Phys, Parks Rd, Oxford OX1 3PU, England

[50] Drexel Univ, Dept Phys, 3141 Chestnut St, Philadelphia, PA 19104 USA

来源：

JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS | 2019年 / 10期

基金：

加拿大自然科学与工程研究理事会; 新加坡国家研究基金会; 美国国家科学基金会; 瑞典研究理事会; 澳大利亚研究理事会; 瑞士国家科学基金会; 加拿大创新基金会;

关键词：

neutrino detectors; neutrino experiments; ultra high energy photons and neutrinos; SOUTH-POLE ICE; OPTICAL-PROPERTIES; DEEP ICE;

D O I：

10.1088/1475-7516/2019/10/048

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

Efficient treatment of systematic uncertainties that depend on a large number of nuisance parameters is a persistent difficulty in particle physics and astrophysics experiments. Where low-level effects are not amenable to simple parameterization or re-weighting, analyses often rely on discrete simulation sets to quantify the effects of nuisance parameters on key analysis observables. Such methods may become computationally untenable for analyses requiring high statistics Monte Carlo with a large number of nuisance degrees of freedom, especially in cases where these degrees of freedom parameterize the shape of a continuous distribution. In this paper we present a method for treating systematic uncertainties in a computationally efficient and comprehensive manner using a single simulation set with multiple and continuously varied nuisance parameters. This method is demonstrated for the case of the depth-dependent effective dust distribution within the IceCube Neutrino Telescope.

引用

页数：26

共 17 条

[1] The IceCube Neutrino Observatory: instrumentation and online systems [J].

Aartsen, M. G. ;

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Ansseau, I. ;

Anton, G. ;

Archinger, M. ;

Arguelles, C. ;

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Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Baccus, J. ;

Bai, X. ;

Barnet, S. ;

Barwick, S. W. ;

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Bay, R. ;

Beattie, K. ;

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Tjus, J. Becker ;

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Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Boersma, D. ;

Bohm, C. ;

Boerner, M. ;

Bos, F. ;

Bose, D. ;

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Archinger, M. ;

Arguelles, C. ;

Arlen, T. C. ;

Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K. -H. ;

Beiser, E. ;

BenZvi, S. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Boerner, M. ;

Bos, F. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Braun, J. ;

Brayeur, L. ;

Bretz, H. -P. ;

Brown, A. M. ;

Buzinsky, N. ;

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Casier, M. ;

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Ahlers, M. ;

Altmann, D. ;

Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Becker, K-H. ;

Tjus, J. Becker ;

Bell, M. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

BenZvi, S. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohaichuk, S. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

Bretz, H. -P. ;

Brown, A. M. ;

Bruijn, R. ;

Brunner, J. ;

Carson, M. ;

Casey, J. ;

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Cherwinka, J. ;

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Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

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Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K-H. ;

Bell, M. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

BenZvi, S. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohaichuk, S. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

Brown, A. M. ;

Bruijn, R. ;

Brunner, J. ;

Buitink, S. ;

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Becker, K. -H. ;

Berghaus, P. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Boersma, D. J. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bouchta, A. ;

Bouhali, O. ;

Burgess, C. ;

Burgess, T. ;

Castermans, T. ;

Chirkin, D. ;

Collin, B. ;

Conrad, J. ;

Cooley, J. ;

Cowen, D. F. ;

Davour, A. ;

De Clercq, C. ;

de los Heros, C. P. ;

Desiati, P. ;

DeYoung, T. ;

Ekstroem, P. ;

Feser, T. ;

Gaisser, T. K. ;

Ganugapati, R. ;

Geenen, H. ;

Gerhardt, L. ;

Goldschmidt, A. ;

Gross, A. ;

Hallgren, A. ;

Halzen, F. ;

Hanson, K. ;

Hardtke, D. H. ;

Harenberg, T. ;

Hauschildt, T. ;

Helbing, K. ;

Hellwig, M. ;

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Conrad, J. M. ;

Dharmapalan, R. ;

Djurcic, Z. ;

Finley, D. A. ;

Ford, R. ;

Garcia, F. G. ;

Garvey, G. T. ;

Grange, J. ;

Huelsnitz, W. ;

Ignarra, C. ;

Imlay, R. ;

Johnson, R. A. ;

Karagiorgi, G. ;

Katori, T. ;

Kobilarcik, T. ;

Louis, W. C. ;

Mariani, C. ;

Marsh, W. ;

Mills, G. B. ;

Mirabal, J. ;

Moore, C. D. ;

Mousseau, J. ;

Nienaber, P. ;

Osmanov, B. ;

Pavlovic, Z. ;

Perevalov, D. ;

Polly, C. C. ;

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Roe, B. P. ;

Russell, A. D. ;

Shaevitz, M. H. ;

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Erlandsson, B ;

Goobar, A ;

Gray, L ;

Hallgren, A ;

Halzen, F ;

Heukenkamp, H ;

Hulth, PO ;

Hundertmark, S ;

Jacobsen, J ;

Karle, A ;

Kandhadai, V ;

Liubarsky, I ;

Lowder, D ;

Miller, T ;

Mock, P ;

Morse, RM ;

Porrata, R ;

Price, PB ;

Richards, A ;

Rubinstein, H ;

Schneider, E ;

Spiering, C ;

Streicher, O ;

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Thon, T ;

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CARIUS, S ;

COULTHARD, A ;

ENGEL, K ;

ERLANDSSON, B ;

GOOBAR, A ;

GRAY, L ;

HALLGREN, A ;

HALZEN, F ;

HULTH, PO ;

JACOBSEN, J ;

JOHANSSON, S ;

KANDHADAI, V ;

LIUBARSKY, I ;

LOWDER, D ;

MILLER, T ;

MOCK, PC ;

MORSE, R ;

PORRATA, R ;

PRICE, PB ;

RICHARDS, A ;

RUBINSTEIN, H ;

SCHNEIDER, E ;

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Caldwell, DI ;

Dieterle, BD ;

Donahue, JB ;

Eisner, AM ;

Fazely, A ;

Federspiel, FJ ;

Garvey, GT ;

Gray, M ;

Gunasingha, RM ;

Imlay, R ;

Johnston, K ;

Kim, HJ ;

Louis, WC ;

Majkic, R ;

Margulies, J ;

McIlhany, K ;

Metcalf, W ;

Mills, GB ;

Reeder, RA ;

Sandberg, V ;

Smith, D ;

Stancu, I ;

Strossman, W ;

Tayloe, R ;

VanDalen, GJ ;

Vernon, W ;

Wadia, N ;

Waltz, J ;

Wang, YX ;

White, DH ;

Works, D ;

Xiao, Y ;

Yellin, S .

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[1] The IceCube Neutrino Observatory: instrumentation and online systems [J].

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Axani, S. ;

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Bai, X. ;

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Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beattie, K. ;

Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

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Bendfelt, T. ;

BenZvi, S. ;

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Bissok, M. ;

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Blot, S. ;

Boersma, D. ;

Bohm, C. ;

Boerner, M. ;

Bos, F. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

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Bouchta, A. ;

Braun, J. ;

Brayeur, L. ;

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[2] Evidence for Astrophysical Muon Neutrinos from the Northern Sky with IceCube [J].

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Arlen, T. C. ;

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Barwick, S. W. ;

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Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

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Beiser, E. ;

BenZvi, S. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Boerner, M. ;

Bos, F. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Braun, J. ;

Brayeur, L. ;

Bretz, H. -P. ;

Brown, A. M. ;

Buzinsky, N. ;

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Casier, M. ;

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Aartsen, M. G. ;

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Abdou, Y. ;

Ackermann, M. ;

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Baker, M. ;

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Baum, V. ;

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Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Becker, K-H. ;

Tjus, J. Becker ;

Bell, M. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

BenZvi, S. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohaichuk, S. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

Bretz, H. -P. ;

Brown, A. M. ;

Bruijn, R. ;

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Bay, R. ;

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Bechet, S. ;

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Benabderrahmane, M. L. ;

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Bernardini, E. ;

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Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohaichuk, S. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

Brown, A. M. ;

Bruijn, R. ;

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Buitink, S. ;

Carson, M. ;

Casey, J. ;

Casier, M. ;

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Becka, T. ;

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Bernardini, E. ;

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Boersma, D. J. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bouchta, A. ;

Bouhali, O. ;

Burgess, C. ;

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