Optical photons are used as signal in a wide variety of particle detectors. Modern neutrino experiments employ hundreds to tens of thousands of photon detectors to observe signal from millions to billions of scintillation photons produced from energy deposition of charged particles. These neutrino detectors are typically large, containing kilotons of target volume, with different optical properties. Modeling individual photon propagation in form of look-up table requires huge computational resources. As the size of a table increases with detector volume for a fixed resolution, this method scales poorly for future larger detectors. Alternative approaches such as fitting a polynomial to the model could address the memory issue, but results in poorer performance. Both look-up table and fitting approaches are prone to discrepancies between the detector simulation and the data collected. We propose a new approach using SIREN, an implicit neural representation with periodic activation functions, to model the look-up table as a 3D scene and reproduces the acceptance map with high accuracy. The number of parameters in our SIREN model is orders of magnitude smaller than the number of voxels in the look-up table. As it models an underlying functional shape, SIREN is scalable to a larger detector. Furthermore, SIREN can successfully learn the spatial gradients of the photon library, providing additional information for downstream applications. Finally, as SIREN is a neural network representation, it is differentiable with respect to its parameters, and therefore tunable via gradient descent. We demonstrate the potential of optimizing SIREN directly on real data, which mitigates the concern of data vs. simulation discrepancies. We further present an application for data reconstruction where SIREN is used to form a likelihood function for photon statistics.


翻译:现代中微子实验使用数百至数万个光子探测器来观测从充电粒子的能量沉降中产生的数百万至数十亿个闪烁光子的信号。 这些中微子探测器通常规模很大,包含目标体积的千吨,具有不同的光学特性。 以外观表格的形式模拟单个光传播需要巨大的计算资源。 由于表格的大小随固定分辨率的探测器量的增加而增大,这个方法对未来更大的探测器来说是差的。 替代方法,如在模型中安装一个多音探测器,可以解决记忆问题,但结果性能更差。 两种外观和装配方法都容易在探测器模拟和所收集的数据之间产生差异。 我们建议使用一个新的方法,即隐含神经神经显示,以外观表为3D的场景,并以高度精确度复制接收地图。 因此,我们SIREN模型的参数数量比在外观表上的氧化剂数量要小得多,因此效果差。 由于它模拟一个功能性变变变变的图像, SIren的SIR是用来模拟一个基础数据变现, 一个空间变现的图像变的图像, 的图像变的变的变的变的系统可以用来向, 向, 的变换的SIRR 。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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