Framework and tools for the simulation and analysis of the radio emission from air showers at IceCube
Authors: Abbasi R. , Ackermann M. , Adams J. , Aguilar J.A. , Ahlers M. , Ahrens M. , Alameddine J.M. , Alves A.A. , Amin N.M. , Andeen K. , Anderson T. , Anton G. , Argüelles C. , Ashida Y. , Axani S. , Bai X. , Balagopal V. A. , Barwick S.W. , Bastian B. , Basu V. , Baur S. , Bay R. , Beatty J.J. , Becker K.-H. , Becker Tjus J. , Beise J. , Bellenghi C. , Benda S. , BenZvi S. , Berley D. , Bernardini E. , Besson D.Z. , Binder G. , Bindig D. , Blaufuss E. , Blot S. , Boddenberg M. , Bontempo F. , Book J.Y. , Borowka J. , Böser S. , Botner O. , Böttcher J. , Bourbeau E. , Bradascio F. , Braun J. , Brinson B. , Bron S. , Brostean-Kaiser J. , Burley R.T. , Busse R.S. , Campana M.A. , Carnie-Bronca E.G. , Chen C. , Chen Z. , Chirkin D. , Choi K. , Clark B.A. , Clark K. , Classen L. , Coleman A. , Collin G.H. , Conrad J.M. , Coppin P. , Correa P. , Cowen D.F. , Cross R. , Dappen C. , Dave P. , De Clercq C. , DeLaunay J.J. , Delgado López D. , Dembinski H. , Deoskar K. , Desai A. , Desiati P. , de Vries K.D. , de Wasseige G. , de With M. , DeYoung T. , Diaz A. , Díaz-Vélez J.C. , Dittmer M. , Dujmovic H. , Dunkman M. , DuVernois M.A. , Ehrhardt T. , Eller P. , Engel R. , Erpenbeck H. , Evans J. , Evenson P.A. , Fan K.L. , Fazely A.R. , Fedynitch A. , Feigl N. , Fiedlschuster S. , Fienberg A.T. , Finley C. , Fischer L. , Fox D. , Franckowiak A. , Friedman E. , Fritz A. , Fürst P. , Gaisser T.K. , Gallagher J. , Ganster E. , Garcia A. , Garrappa S. , Gerhardt L. , Ghadimi A. , Glaser C. , Glauch T. , Glüsenkamp T. , Goehlke N. , Gonzalez J.G. , Goswami S. , Grant D. , Grégoire T. , Griswold S. , Günther C. , Gutjahr P. , Haack C. , Hallgren A. , Halliday R. , Halve L. , Halzen F. , Ha Minh M. , Hanson K. , Hardin J. , Harnisch A.A. , Haungs A. , Hebecker D. , Helbing K. , Henningsen F. , Hettinger E.C. , Hickford S. , Hignight J. , Hill C. , Hill G.C. , Hoffman K.D. , Hoshina K. , Hou W. , Huang F. , Huber M. , Huber T. , Hultqvist K. , Hünnefeld M. , Hussain R. , Hymon K. , In S. , Iovine N. , Ishihara A. , Jansson M. , Japaridze G.S. , Jeong M. , Jin M. , Jones B.J.P. , Kang D. , Kang W. , Kang X. , Kappes A. , Kappesser D. , Kardum L. , Karg T. , Karl M. , Karle A. , Katz U. , Kauer M. , Kellermann M. , Kelley J.L. , Kheirandish A. , Kin K. , Kintscher T. , Kiryluk J. , Klein S.R. , Kochocki A. , Koirala R. , Kolanoski H. , Kontrimas T. , Köpke L. , Kopper C. , Kopper S. , Koskinen D.J. , Koundal P. , Kovacevich M. , Kowalski M. , Kozynets T. , Krupczak E. , Kun E. , Kurahashi N. , Lad N. , Lagunas Gualda C. , Lanfranchi J.L. , Larson M.J. , Lauber F. , Lazar J.P. , Lee J.W. , Leonard K. , Leszczyńska A. , Li Y. , Lincetto M. , Liu Q.R. , Liubarska M. , Lohfink E. , Lozano Mariscal C.J. , Lu L. , Lucarelli F. , Ludwig A. , Luszczak W. , Lyu Y. , Ma W.Y. , Madsen J. , Mahn K.B.M. , Makino Y. , Mancina S. , Mariş I.C. , Martinez-Soler I. , Maruyama R. , McCarthy S. , McElroy T. , McNally F. , Mead J.V. , Meagher K. , Mechbal S. , Medina A. , Meier M. , Meighen-Berger S. , Micallef J. , Mockler D. , Montaruli T. , Moore R.W. , Morse R. , Moulai M. , Mukherjee T. , Naab R. , Nagai R. , Naumann U. , Necker J. , Nguyễn L.V. , Niederhausen H. , Nisa M.U. , Nowicki S.C. , Obertacke Pollmann A. , Oehler M. , Oeyen B. , Olivas A. , O'Sullivan E. , Pandya H. , Pankova D.V. , Park N. , Parker G.K. , Paudel E.N. , Paul L. , Pérez de los Heros C. , Peters L. , Peterson J. , Philippen S. , Pieper S. , Pizzuto A. , Plum M. , Popovych Y. , Porcelli A. , Prado Rodriguez M. , Pries B. , Przybylski G.T. , Raab C. , Rack-Helleis J. , Raissi A. , Rameez M. , Rawlins K. , Rea I.C. , Rechav Z. , Rehman A. , Reichherzer P. , Reimann R. , Renzi G. , Resconi E. , Reusch S. , Rhode W. , Richman M. , Riedel B. , Roberts E.J. , Robertson S. , Roellinghoff G. , Rongen M. , Rott C. , Ruhe T. , Ryckbosch D. , Rysewyk Cantu D. , Safa I. , Saffer J. , Sampathkumar P. , Sanchez Herrera S.E. , Sandrock A. , Santander M. , Sarkar S. , Sarkar S. , Satalecka K. , Schaufel M. , Schieler H. , Schindler S. , Schmidt T. , Schneider A. , Schneider J. , Schröder F.G. , Schumacher L. , Schwefer G. , Sclafani S. , Seckel D. , Seunarine S. , Sharma A. , Shefali S. , Shimizu N. , Silva M. , Skrzypek B. , Smithers B. , Snihur R. , Soedingrekso J. , Soldin D. , Spannfellner C. , Spiczak G.M. , Spiering C. , Stachurska J. , Stamatikos M. , Stanev T. , Stein R. , Stettner J. , Stezelberger T. , Stürwald T. , Stuttard T. , Sullivan G.W. , Taboada I. , Ter-Antonyan S. , Thwaites J. , Tilav S. , Tischbein F. , Tollefson K. , Tönnis C. , Toscano S. , Tosi D. , Trettin A. , Tselengidou M. , Tung C.F. , Turcati A. , Turcotte R. , Turley C.F. , Twagirayezu J.P. , Ty B. , Unland Elorrieta M.A. , Valtonen-Mattila N. , Vandenbroucke J. , van Eijndhoven N. , Vannerom D. , van Santen J. , Veitch-Michaelis J. , Verpoest S. , Walck C. , Wang W. , Watson T.B. , Weaver C. , Weigel P. , Weindl A. , Weiss M.J. , Weldert J. , Wendt C. , Werthebach J. , Weyrauch M. , Whitehorn N. , Wiebusch C.H. , Willey N. , Williams D.R. , Wolf M. , Wrede G. , Wulff J. , Xu X.W. , Yanez J.P. , Yildizci E. , Yoshida S. , Yu S. , Yuan T. , Zhang Z. , Zhelnin P. 
Published: June 2022

The Surface Enhancement of the IceTop air-shower array will include the addition of radio antennas and scintillator panels, co-located with the existing ice-Cherenkov tanks and covering an area of about 1 km2. Together, these will increase the sensitivity of the IceCube Neutrino Observatory to the electromagnetic and muonic components of cosmic-ray-induced air showers at the South Pole. The inclusion of the radio technique necessitates an expanded set of simulation and analysis tools to explore the radio-frequency emission from air showers in the 70 MHz to 350 MHz band. In this paper we describe the software modules that have been developed to work with time- and frequency-domain information within IceCube's existing software framework, IceTray, which is used by the entire IceCube collaboration. The software includes a method by which air-shower simulation, generated using CoREAS, can be reused via waveform interpolation, thus overcoming a significant computational hurdle in the field.