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We present a deep learning pipeline to perform a model-independent, likelihood-free search for anomalous (i.e., non-background) events in the proposed next-generation multi-ton scale liquid xenon-based direct detection experiment, DARWIN. We train an anomaly detector comprising a variational autoencoder (VAE) and a classifier on high-dimensional simulated detector response data and construct a 1D anomaly score to reject the background-only hypothesis in the presence of an excess of non-background-like events. We use simulated validation data to determine the power of the method to reject the background-only hypothesis in the presence of a WIMP dark matter signal, without any model-dependent assumption about the nature of the signal. We show that our neural networks learn relevant features of the events from low-level, high-dimensional detector outputs, avoiding lossy and computationally expensive compression into lower-dimensional observables. Our approach is complementary to the usual likelihood-based analysis, in that it reduces the reliance on many of the corrections and cuts that are traditionally part of the analysis chain, with the potential of achieving higher accuracy and significant reduction of analysis time. We envisage the methodology presented in this work augmenting or complementing likelihood-based and other data-driven methods currently utilized in the DARWIN (and in the future, XLZD) analysis pipeline.
Model-independent searches of new physics in DARWIN with deep learning / Zuber, K.; Zhong, M.; Zavattini, G.; Yuan, L.; Ye, J.; Yang, L.; Yamashita, M.; Xu, Z.; Xu, D.; Xing, Y.; Wurm, M.; Wustling, S.; Wu, V. H. S.; Wolf, J.; Wittweg, C.; Wilson, M.; Wenz, D.; Weiss, M.; Weinheimer, C.; Weerman, K. M.; Wang, W.; Vorkapic, D.; Volta, G.; Vetter, S.; Vecchi, S.; Valerius, K.; Utoyama, M.; Urquijo, P.; Tunnell, C. D.; Trotta, R.; Trinchero, G.; Toschi, F.; Tonnies, F.; Thummler, T.; Thers, D.; Tan, P. -L.; Takeda, A.; Stevens, A.; Steidl, M.; Stanley, O.; Solmaz, M.; Singh, R.; Simgen, H.; Shimada, T.; Shi, S. Y.; Shen, W.; Sharma, S.; Shagin, P.; Semeria, F.; Selvi, M.; Lavina, L. S.; Schwenck, A.; Schumann, M.; Eissing, H. S.; Schulte, P.; Schreiner, J.; Scaffidi, A.; Sartorelli, G.; Sanchez-Lucas, P.; Sanchez, L.; Razeto, A.; Ravindran, A.; Garcia, D. R.; Rajado, M.; Qin, J.; Qiao, K.; Qi, J.; Principe, L.; Pollmann, T. R.; Plante, G.; Pierre, M.; Pienaar, J.; Piastra, F.; Peres, R.; Pellegrini, Q.; Pandurovic, M.; Pan, Y.; Paetsch, B.; Ouahada, S.; Ostrowskiy, I.; Obradovic, M.; Oberlack, U.; O'Hare, C.; Ni, K.; Newstead, J. L.; Murra, M.; Muller, J.; Mosbacher, Y.; Morteau, E.; Moriyama, S.; Mora, K.; Monteiro, C. M. B.; Molinario, A.; Miyata, R.; Miuchi, K.; Milutinovic, S.; Milosovic, B.; Messina, M.; Menendez, J.; Melchiorre, A.; Mastroianni, S.; Masson, E.; Masbou, J.; Martens, K.; Marignetti, F.; Manenti, L.; Mancuso, A.; Maier, B.; Mahlstedt, J.; Macolino, C.; Ma, Y.; Luce, T.; Lucchetti, G. M.; Lopes, J. A. M.; Long, J.; Lombardi, F.; Loizeau, J.; Liu, K.; Lindner, M.; Lindemann, S.; Lin, Y. T.; Liang, Z.; Liang, S.; Li, S.; Li, A.; Li, I.; Levinson, L.; Lang, R. F.; Landsman, H.; Lacascio, L.; Kuger, F.; Krosigk, B. V.; Kopec, A.; Koke, D.; Kobayashi, M.; Klute, M.; Kleifges, M.; Kilminster, B.; Kharbanda, P.; Keller, M.; Kazama, S.; Kavrigin, P.; Kara, M.; Kaminaga, Y.; Kahlert, F.; Joerg, F.; James, R. S.; Jakob, J.; Itow, Y.; Iacovacci, M.; Hood, N. F.; Hoetzsch, L.; Hiraoka, K.; Hils, C.; Higuera, A.; Hargittai, N.; Hansmann-Menzemer, S.; Hannen, V.; Hammann, R.; Gyorgy, P.; Guida, M.; Guan, H.; Grossle, R.; Grigat, J.; Grandi, L.; Gluck, F.; Glade-Beucke, R.; Girard, F.; Giacomobono, R.; Garroum, N.; Gao, F.; Galloway, M.; Gaior, R.; Gaemers, P.; Fuselli, C.; Fulgione, W.; Fujikawa, K.; Flierman, M.; Flehmke, T.; Fischer, H.; Ferrari, C.; Ferella, A. D.; Engel, R.; Elykov, A.; Eitel, K.; Drexlin, G.; Doerenkamp, M.; Diglio, S.; Gangi, P. D.; Donato, C. D.; Deisting, A.; Decowski, M. P.; Garcia, L. C. D.; D'Andrea, V.; Cuenca-Garcia, J. J.; Conrad, J.; Colijn, A. P.; Chavez, A. P. C.; Chauvin, A.; Capelli, C.; Cai, C.; Budnik, R.; Bruni, G.; Brown, A.; Brommer, S.; Breskin, A.; Braun, R.; Boese, K.; Boehm, C.; Bismark, A.; Biondi, Y.; Biondi, R.; Bellagamba, L.; Bell, N. F.; Bazyk, M.; Baudis, L.; Barberio, E.; Balzer, M.; Bajpai, D.; Babicz, M.; Aprile, E.; Antunovic, B.; Anton Martin, D.; Angelino, E.; Andrieu, B.; Amaral, D. W. P.; Althueser, L.; Maouloud, S. A.; Adrover, M.; Abe, K.; Aalbers, J.. - In: THE EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL. C, PARTICLES AND FIELDS. - ISSN 1434-6044. - 86:3(2026). [10.1140/epjc/s10052-025-15161-2]
Model-independent searches of new physics in DARWIN with deep learning
Zuber K.;Zhong M.;Zavattini G.;Yuan L.;Ye J.;Yang L.;Yamashita M.;Xu Z.;Xu D.;Xing Y.;Wurm M.;Wustling S.;Wu V. H. S.;Wolf J.;Wittweg C.;Wilson M.;Wenz D.;Weiss M.;Weinheimer C.;Weerman K. M.;Wang W.;Vorkapic D.;Volta G.;Vetter S.;Vecchi S.;Valerius K.;Utoyama M.;Urquijo P.;Tunnell C. D.;Trotta R.;Trinchero G.;Toschi F.;Tonnies F.;Thummler T.;Thers D.;Tan P. -L.;Takeda A.;Stevens A.;Steidl M.;Stanley O.;Solmaz M.;Singh R.;Simgen H.;Shimada T.;Shi S. Y.;Shen W.;Sharma S.;Shagin P.;Semeria F.;Selvi M.;Lavina L. S.;Schwenck A.;Schumann M.;Eissing H. S.;Schulte P.;Schreiner J.;Scaffidi A.;Sartorelli G.;Sanchez-Lucas P.;Sanchez L.;Razeto A.;Ravindran A.;Garcia D. R.;Rajado M.;Qin J.;Qiao K.;Qi J.;Principe L.;Pollmann T. R.;Plante G.;Pierre M.;Pienaar J.;Piastra F.;Peres R.;Pellegrini Q.;Pandurovic M.;Pan Y.;Paetsch B.;Ouahada S.;Ostrowskiy I.;Obradovic M.;Oberlack U.;O'Hare C.;Ni K.;Newstead J. L.;Murra M.;Muller J.;Mosbacher Y.;Morteau E.;Moriyama S.;Mora K.;Monteiro C. M. B.;Molinario A.;Miyata R.;Miuchi K.;Milutinovic S.;Milosovic B.;Messina M.;Menendez J.;Melchiorre A.;Mastroianni S.;Masson E.;Masbou J.;Martens K.;Marignetti F.;Manenti L.;Mancuso A.;Maier B.;Mahlstedt J.;Macolino C.;Ma Y.;Luce T.;Lucchetti G. M.;Lopes J. A. M.;Long J.;Lombardi F.;Loizeau J.;Liu K.;Lindner M.;Lindemann S.;Lin Y. T.;Liang Z.;Liang S.;Li S.;Li A.;Li I.;Levinson L.;Lang R. F.;Landsman H.;LaCascio L.;Kuger F.;Krosigk B. V.;Kopec A.;Koke D.;Kobayashi M.;Klute M.;Kleifges M.;Kilminster B.;Kharbanda P.;Keller M.;Kazama S.;Kavrigin P.;Kara M.;Kaminaga Y.;Kahlert F.;Joerg F.;James R. S.;Jakob J.;Itow Y.;Iacovacci M.;Hood N. F.;Hoetzsch L.;Hiraoka K.;Hils C.;Higuera A.;Hargittai N.;Hansmann-Menzemer S.;Hannen V.;Hammann R.;Gyorgy P.;Guida M.;Guan H.;Grossle R.;Grigat J.;Grandi L.;Gluck F.;Glade-Beucke R.;Girard F.;Giacomobono R.;Garroum N.;Gao F.;Galloway M.;Gaior R.;Gaemers P.;Fuselli C.;Fulgione W.;Fujikawa K.;Flierman M.;Flehmke T.;Fischer H.;Ferrari C.;Ferella A. D.;Engel R.;Elykov A.;Eitel K.;Drexlin G.;Doerenkamp M.;Diglio S.;Gangi P. D.;Donato C. D.;Deisting A.;Decowski M. P.;Garcia L. C. D.;D'Andrea V.;Cuenca-Garcia J. J.;Conrad J.;Colijn A. P.;Chavez A. P. C.;Chauvin A.;Capelli C.;Cai C.;Budnik R.;Bruni G.;Brown A.;Brommer S.;Breskin A.;Braun R.;Boese K.;Boehm C.;Bismark A.;Biondi Y.;Biondi R.;Bellagamba L.;Bell N. F.;Bazyk M.;Baudis L.;Barberio E.;Balzer M.;Bajpai D.;Babicz M.;Aprile E.;Antunovic B.;Anton Martin D.;Angelino E.;Andrieu B.;Amaral D. W. P.;Althueser L.;Maouloud S. A.;Adrover M.;Abe K.;Aalbers J.
2026
Abstract
We present a deep learning pipeline to perform a model-independent, likelihood-free search for anomalous (i.e., non-background) events in the proposed next-generation multi-ton scale liquid xenon-based direct detection experiment, DARWIN. We train an anomaly detector comprising a variational autoencoder (VAE) and a classifier on high-dimensional simulated detector response data and construct a 1D anomaly score to reject the background-only hypothesis in the presence of an excess of non-background-like events. We use simulated validation data to determine the power of the method to reject the background-only hypothesis in the presence of a WIMP dark matter signal, without any model-dependent assumption about the nature of the signal. We show that our neural networks learn relevant features of the events from low-level, high-dimensional detector outputs, avoiding lossy and computationally expensive compression into lower-dimensional observables. Our approach is complementary to the usual likelihood-based analysis, in that it reduces the reliance on many of the corrections and cuts that are traditionally part of the analysis chain, with the potential of achieving higher accuracy and significant reduction of analysis time. We envisage the methodology presented in this work augmenting or complementing likelihood-based and other data-driven methods currently utilized in the DARWIN (and in the future, XLZD) analysis pipeline.
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simulazione ASN
Il report seguente simula gli indicatori relativi alla propria produzione scientifica in relazione alle soglie ASN 2023-2025 del proprio SC/SSD. Si ricorda che il superamento dei valori soglia (almeno 2 su 3) è requisito necessario ma non sufficiente al conseguimento dell'abilitazione. La simulazione si basa sui dati IRIS e sugli indicatori bibliometrici alla data indicata e non tiene conto di eventuali periodi di congedo obbligatorio, che in sede di domanda ASN danno diritto a incrementi percentuali dei valori. La simulazione può differire dall'esito di un’eventuale domanda ASN sia per errori di catalogazione e/o dati mancanti in IRIS, sia per la variabilità dei dati bibliometrici nel tempo. Si consideri che Anvur calcola i valori degli indicatori all'ultima data utile per la presentazione delle domande.
La presente simulazione è stata realizzata sulla base delle specifiche raccolte sul tavolo ER del Focus Group IRIS coordinato dall’Università di Modena e Reggio Emilia e delle regole riportate nel DM 589/2018 e allegata Tabella A. Cineca, l’Università di Modena e Reggio Emilia e il Focus Group IRIS non si assumono alcuna responsabilità in merito all’uso che il diretto interessato o terzi faranno della simulazione. Si specifica inoltre che la simulazione contiene calcoli effettuati con dati e algoritmi di pubblico dominio e deve quindi essere considerata come un mero ausilio al calcolo svolgibile manualmente o con strumenti equivalenti.