Machine learning driven reconstruction of cosmic-ray air showers for next generation radio arrays
P. Koundal*,
IceCube-Gen2,
R. Abbasi,
M. Ackermann,
J. Adams,
S.K. Agarwalla,
J. Aguilar, M. Ahlers, J.M. Alameddine, S. Ali, N.M.B. Amin, K. Andeen, G. Anton, C. Argüelles, Y. Ashida, S. Athanasiadou, J. Audehm, S. Axani, R. Babu, X. Bai, A. Balagopal V., M. Baricevic, S.W. Barwick, V. Basu, R. Bay, J. Becker Tjus, P. Behrens, J. Beise, C. Bellenghi, B. Benkel, S. BenZvi, D. Berley, E. Bernardini, D. Besson, A. Bishop, E. Blaufuss, L. Bloom, S. Blot, M. Bohmer, F. Bontempo, J. Book Motzkin, J. Borowka, C. Boscolo Meneguolo, S. Boser, O. Botner, J. Bottcher, S. Bouma, J. Braun, B. Brinson, Z. Brisson-Tsavoussis, R.T. Burley, M. Bustamante, D. Butterfield, M. Campana, K. Carloni, M. Cataldo, S. Chattopadhyay, T.N. Chau, Z. Chen, D. Chirkin, S. Choi, B. Clark, R. Clark, A. Coleman, P.J.C. Coleman, G. Collin, D.A. Coloma Borja, J. Conrad, R. Corley, D. Cowen, C. Deaconu, C. De Clercq, S. De Kockere, J. DeLaunay, D. Delgado, T. Delmeulle, S. Deng, A. Desai, P. Desiati, K. de Vries, G. de Wasseige, J.C. Diaz-Velez, S. DiKerby, M. Dittmer, G. Do, A. Domi, L. Draper, L. Dueser, H. Dujmovic, D. Durnford, K. Dutta, M. DuVernois, T. Egby, T. Ehrhardt, L. Eidenschink, A. Eimer, P. Eller, E. Ellinger, D. Elsässer, R. Engel, H. Erpenbeck, W. Esmail, S. Eulig, J. Evans, J. Evans, P. Evenson, K.L. Fan, K. Fang, K.R. Farrag, A. Fazely, A. Fedynitch, N. Feigl, C. Finley, L. Fischer, B. Flaggs, D.B. Fox, A. Franckowiak, T. Fujii, S. Fukami, P. Furst, J. Gallagher, E. Ganster, A. Garcia, G. Garg, E. Genton, L. Gerhardt, A. Ghadimi, P. Giri, C. Glaser, T. Glüsenkamp, S. Goswami, A. Granados, D. Grant, S. Gray, S. Griffin, S. Griswold, D.J. Guevel, C. Günther, P. Gutjahr, C.H. Ha, C. Haack, A. Hallgren, S. Hallmann, L. Halve, F. Halzen, L. Hamacher, M. Ha Minh, M. Handt, K. Hanson, J. Hardin, A. Harnisch, P. Hatch, A. Haungs, J. Haussler, D. Heinen, K. Helbing, J. Hellrung, B. Hendricks, B. Henke, L. Hennig, F. Henningsen, J. Henrichs, L.P. Heuermann, N. Heyer, S. Hickford, A. Hidvegi, C. Hill, G. Hill, K. Hoffman, B. Hoffmann, D. Hooper, S. Hori, K. Hoshina, M. Hostert, W. Hou, T. Huber, T. Huege, E. Huesca Santiago, K. Hultqvist, R. Hussain, K. Hymon, A. Ishihara, T. Ishii, W. Iwakiri, M. Jacquart, S. Jain, A. Jaitly, O. Janik, M. Jansson, M. Jeong, M. Jin, O. Kalekin, N. Kamp, D. Kang, W. Kang, X. Kang, A. Kappes, L. Kardum, T. Karg, M. Karl, A. Karle, A. Katil, T. Katori, U. Katz, M. Kauer, J. Kelley, M. Khanal, A. Khatee Zathul, A. Kheirandish, J. Kiryluk, M. Kleifges, C. Klein, S. Klein, T. Kobayashi, Y. Kobayashi, A. Kochocki, H. Kolanoski, T. Kontrimas, L. Kopke, C. Kopper, J. Koskinen, M. Kowalski, T. Kozynets, I. Kravchenko, N. Krieger, K. Jayakumar, T. Krishnan, E. Krupczak, A. Kumar, E. Kun, N. Kurahashi, N.N. Lad, L. Lallement Arnaud, M.J. Larson, F.H. Lauber, K. Leonard DeHolton, A. Leszczynska, J. Liao, M. Liu, M. Liubarska, M. Lohan, J. LoSecco, C. Love, L. Lu, F. Lucarelli, Y. Lyu, J. Madsen, E. Magnus, K. Mahn, Y. Makino, E. Manao, S. Mancina, S. Mandalia, W. Marie Sainte, I.C. Maris, S. Marka, Z. Marka, M. Marsee, L. Marten, I. Martinez-Soler, R.H. Maruyama, F. Mayhew, F. McNally, J.V. Mead, K. Meagher, S. Mechbal, A. Medina, M. Meier, Y. Merckx, L. Merten, Z. Meyers, M. Mikhailova, A. Millsop, J. Mitchell, T. Montaruli, R. Moore, Y. Morii, B. Morse, A. Mosbrugger, M. Moulai, D. Mousadi, T. Mukherjee, M. Muzio, R. Naab, M. Nakos, A. Narayan, U. Naumann, J. Necker, A. Nelles, L. Neste, M. Neumann, H. Niederhausen, M.U. Nisa, K. Noda, A. Noell, A. Novikov, E. Oberla, A. Pollmann, V. O'Dell, A. Olivas, R. Ørsøe, J. Osborn, E. O'Sullivan, V. Palusova, L. Papp, A. Parenti, N. Park, E.N. Paudel, L. Paul, C. Pérez de los Heros, T. Pernice, T. Petersen, J. Peterson, A. Pizzuto, M. Plum, A. Ponten, Y. Popovych, M. Prado Rodriguez, B. Pries, R. Procter-Murphy, G. Przybylski, L. Pyras, J. Rack-Helleis, N. Rad, M. Rameez, M.L. Ravn, K. Rawlins, Z. Rechav, A. Rehman, E. Resconi, S. Reusch, C.D. Rho, W. Rhode, B. Riedel, M. Riegel, A. Rifaie, E. Roberts, S. Robertson, M. Rongen, C. Rott, T. Ruhe, L. Ruohan, D. Ryckbosch, I. Safa, J. Saffer, D. Salazar-Gallegos, P. Sampathkumar, A. Sandrock, P. Sandstrom, G. Sanger-Johnson, M. Santander, S. Sarkar, J. Savelberg, P. Savina, P. Schaile, M. Schaufel, H. Schieler, S. Schindler, L. Schlickmann, B. Schlüter, F. Schlüter, N. Schmeisser, T. Schmidt, F. Schröder, L. Schumacher, S. Schwirn, S. Sclafani, D. Seckel, L. Seen, M.F.H. Seikh, Z.S. Selcuk, S. Seunarine, M. Shaevitz, R. Shah, S. Shefali, S. N, M. Silva, B. Skrzypek, R. Snihur, J. Soedingrekso, A. Sogaard, D. Soldin, P. Soldin, G. Sommani, C. Spannfellner, G. Spiczak, C. Spiering, J. Stachurska, M. Stamatikos, T. Stanev, T. Stezelberger, J. Stoffels, T. Sturwald, T. Stuttard, G. Sullivan, I. Taboada, A. Taketa, T. Tamang, H. Tanaka, S. Ter-Antonyan, A. Terliuk, M. Thiesmeyer, W. Thompson, J. Thwaites, S. Tilav, K. Tollefson, J. Torres, S. Toscano, D. Tosi, A. Trettin, Y. Tsunesada, J.P. Twagirayezu, A.K. Upadhyay, K. Upshaw, A. Vaidyanathan, N. Valtonen-Mattila, J. Valverde, J. Vandenbroucke, T. van Eeden, N. van Eijndhoven, L. van Rootselaar, J. van Santen, F.J. Vara Carbonell, F. Varsi, D. Veberic, J. Veitch-Michaelis, M. Venugopal, S. Vergara Carrasco, S. Verpoest, A.G. Vieregg, A. Vijai, J. Villarreal, C. Walck, A. Wang, D. Washington, C. Weaver, P. Weigel, A. Weindl, J. Weldert, A. Wen, C. Wendt, J. Werthebach, M. Weyrauch, N. Whitehorn, C. Wiebusch, D. Williams, S. Wissel, L. Witthaus, M. Wolf, G. Worner, G. Wrede, S. Wren, X. Xu, J.P. Yanez, Y. Yao, E.B. Yildizci, S. Yoshida, R. Young, F. Yu, S. Yu, T. Yuan, A. Zegarelli, S. Zhang, Z. Zhang, P. Zhelnin, S. Zierke, P. Zilberman and M. Zimmermanet al. (click to show)*: corresponding author
Pre-published on:
September 23, 2025
Published on:
—
Abstract
Surface radio antenna-based measurements of cosmic-ray air showers present significant computational challenges in accurately reconstructing physics observables, in particular, the depth of shower maximum, X$_{max}$. State-of-the-art template fitting methods rely on extensive simulation libraries, limiting scalability. This work introduces a technique utilizing graph neural networks to reconstruct key air-shower parameters, in particular, direction and shower-core, energy, and X$_{max}$. For training and testing of the networks, we use a CoREAS simulation library made for a future enhancement of IceCube’s surface array with radio antennas. The neural networks provide a scalable framework for large-scale data analysis for next-generation astroparticle observatories, such as IceCube-Gen2.
DOI: https://doi.org/10.22323/1.501.0309
How to cite
Metadata are provided both in
article format (very
similar to INSPIRE)
as this helps creating very compact bibliographies which
can be beneficial to authors and readers, and in
proceeding format which
is more detailed and complete.