Angular dependent measurement of electron-ion recombination in liquid argon for ionization calorimetry in the ICARUS liquid argon time projection chamber
Authors: Abratenko P. , Abrego-Martinez N. , Aduszkiewicz A. , Akbar F. , Aliaga Soplin L. , Artero Pons M. , Asaadi J. , Badgett W.F. , Baibussinov B. , Behera B. , Bellini V. , Benocci R. , Berger J. , Berkman S. , Bertolucci S. , Betancourt M. , Bonesini M. , Boone T. , Bottino B. , Braggiotti A. , Brailsford D. , Brice S.J. , Brio V. , Brizzolari C. , Budd H.S. , Campani A. , Campos A. , Carber D. , Carneiro M. , Caro Terrazas I. , Carranza H. , Castillo Fernandez F. , Castro A. , Centro S. , Cerati G. , Chatterjee A. , Cherdack D. , Cherubini S. , Chitirasreemadam N. , Cicerchia M. , Coan T.E. , Cocco A. , Convery M.R. , Cooper-Troendle L. , Copello S. , Dange A.A. , de Roeck A. , Di Domizio S. , Di Noto L. , Di Stefano C. , Di Ferdinando D. , Diwan M. , Dolan S. , Domine L. , Donati S. , Drielsma F. , Dyer J. , Dytman S. , Falcone A. , Farnese C. , Fava A. , Ferrari A. , Gallice N. , Garcia F.G. , Gatto C. , Gibin D. , Gioiosa A. , Gu W. , Guglielmi A. , Gurung G. , Hausner H. , Heggestuen A. , Howard B. , Howell R. , Ingratta I. , James C. , Jang W. , Jwa Y.-J. , Kashur L. , Ketchum W. , Kim J.S. , Koh D.-H. , Larkin J. , Li Y. , Mariani C. , Marshall C.M. , Martynenko S. , Mauri N. , McFarland K.S. , Méndez D.P. , Menegolli A. , Meng G. , Miranda O.G. , Mogan A. , Moggi N. , Montagna E. , Montanari C. , Montanari A. , Mooney M. , Moreno-Granados G. , Mueller J. , Murphy M. , Naples D. , Nguyen V.C.L. , Palestini S. , Pallavicini M. , Paolone V. , Papaleo R. , Pasqualini L. , Patrizii L. , Paudel L. , Petrillo G. , Petta C. , Pia V. , Pietropaolo F. , Poppi F. , Pozzato M. , Putnam G. , Qian X. , Rappoldi A. , Raselli G.L. , Repetto S. , Resnati F. , Ricci A.M. , Riccobene G. , Richards E. , Rosenberg M. , Rossella M. , Roy P. , Rubbia C. , Saad M. , Saha S. , Sala P. , Samanta S. , Sapienza P. , Scaramelli A. , Scarpelli A. , Schmitz D. , Schukraft A. , Senadheera D. , Seo S-H. , Sergiampietri F. , Sirri G. , Smedley J.S. , Smith J. , Stanco L. , Stewart J. , Tanaka H.A. , Tapia F. , Tenti M. , Terao K. , Terranova F. , Togo V. , Torretta D. , Torti M. , Tortorici F. , Triozzi R. , Tsai Y.-T. , Tufanli S. , Usher T. , Varanini F. , Ventura S. , Vicenzi M. , Vignoli C. , Viren B. , Williams Z. , Wilson R.J. , Wilson P. , Wolfs J. , Wongjirad T. , Wood A. , Worcester E. , Worcester M. , Wospakrik M. , Yu H. , Yu J. , Zani A. , Zennamo J. , Zettlemoyer J. , Zhang C. , Zucchelli S. ,   The ICARUS collaboration
Published: January 2025

This paper reports on a measurement of electron-ion
recombination in liquid argon in the ICARUS liquid argon time
projection chamber (LArTPC). A clear dependence of recombination on
the angle of the ionizing particle track relative to the drift
electric field is observed. An ellipsoid modified box (EMB) model of
recombination describes the data across all measured angles. These
measurements are used for the calorimetric energy scale calibration
of the ICARUS TPC, which is also presented. The impact of the EMB
model is studied on calorimetric particle identification, as well as
muon and proton energy measurements. Accounting for the angular
dependence in EMB recombination improves the accuracy and precision
of these measurements.