Improved calorimetric particle identification in NA62 using machine learning techniques
Authors:   The NA62 collaboration, Cortina Gil E. , Kleimenova A. , Minucci E. , Padolski S. , Petrov P. , Shaikhiev A. , Volpe R. , Fedorko W. , Numao T. , Petrov Y. , Velghe B. , Wong V. W. S. , Yu M. , Bryman D. , Fu J. , Hives Z. , Husek T. , Jerhot J. , Kampf K. , Zamkovsky M. , De Martino B. , Perrin-Terrin M. , Akmete A. T. , Aliberti R. , Khoriauli G. , Kunze J. , Lomidze D. , Peruzzo L. , Vormstein M. , Wanke R. , Dalpiaz P. , Fiorini M. , Mazzolari A. , Neri I. , Norton A. , Petrucci F. , Soldani M. , Wahl H. , Bandiera L. , Cotta Ramusino A. , Gianoli A. , Romagnoni M. , Sytov A. , Iacopini E. , Latino G. , Lenti M. , Lo Chiatto P. , Panichi I. , Parenti A. , Bizzeti A. , Bucci F. , Antonelli A. , Georgiev G. , Kozhuharov V. , Lanfranchi G. , Martellotti S. , Moulson M. , Spadaro T. , Tinti G. , Ambrosino F. , Capussela T. , Corvino M. , D’Errico M. , Di Filippo D. , Fiorenza R. , Giordano R. , Massarotti P. , Mirra M. , Napolitano M. , Rosa I. , Saracino G. , Anzivino G. , Brizioli F. , Imbergamo E. , Lollini R. , Piandani R. , Santoni C. , Barbanera M. , Cenci P. , Checcucci B. , Lubrano P. , Lupi M. , Pepe M. , Piccini M. , Costantini F. , Di Lella L. , Doble N. , Giorgi M. , Giudici S. , Lamanna G. , Lari E. , Pedreschi E. , Sozzi M. , Cerri C. , Fantechi R. , Pontisso L. , Spinella F. , Mannelli I. , D’Agostini G. , Raggi M. , Biagioni A. , Cretaro P. , Frezza O. , Leonardi E. , Lonardo A. , Turisini M. , Valente P. , Vicini P. , Ammendola R. , Bonaiuto V. , Fucci A. , Salamon A. , Sargeni F. , Arcidiacono R. , Bloch-Devaux B. , Boretto M. , Menichetti E. , Migliore E. , Soldi D. , Biino C. , Filippi A. , Marchetto F. , Briano Olvera A. , Engelfried J. , Estrada-Tristan N. , Reyes Santos M. A. , Boboc P. , Bragadireanu A. M. , Ghinescu S. A. , Hutanu O. E. , Bician L. , Blazek T. , Cerny V. , Kucerova Z. , Bernhard J. , Ceccucci A. , Ceoletta M. , Danielsson H. , De Simone N. , Duval F. , Döbrich B. , Federici L. , Gamberini E. , Gatignon L. , Guida R. , Hahn F. , Holzer E. B. , Jenninger B. , Koval M. , Laycock P. , Lehmann Miotto G. , Lichard P. , Mapelli A. , Marchevski R. , Massri K. , Noy M. , Palladino V. , Pinzino J. , Ryjov V. , Schuchmann S. , Venditti S. , Bache T. , Brunetti M. B. , Duk V. , Fascianelli V. , Fry J. R. , Gonnella F. , Goudzovski E. , Henshaw J. , Iacobuzio L. , Kenworthy C. , Lazzeroni C. , Lurkin N. , Newson F. , Parkinson C. , Romano A. , Sanders J. , Sergi A. , Sturgess A. , Swallow J. , Tomczak A. , Heath H. , Page R. , Trilov S. , Angelucci B. , Britton D. , Graham C. , Protopopescu D. , Carmignani J. , Dainton J. B. , Jones R. W. L. , Ruggiero G. , Fulton L. , Hutchcroft D. , Maurice E. , Wrona B. , Conovaloff A. , Cooper P. , Coward D. , Rubin P. , Baeva A. , Baigarashev D. , Emelyanov D. , Enik T. , Falaleev V. , Fedotov S. , Gorshanov K. , Gushchin E. , Kekelidze V. , Kereibay D. , Kholodenko S. , Khotyantsev A. , Korotkova A. , Kudenko Y. , Kurochka V. , Kurshetsov V. , Litov L. , Madigozhin D. , Medvedeva M. , Mefodev A. , Misheva M. , Molokanova N. , Movchan S. , Obraztsov V. , Okhotnikov A. , Ostankov A. , Polenkevich I. , Potrebenikov Yu. , Sadovskiy A. , Semenov V. , Shkarovskiy S. , Sugonyaev V. , Yushchenko O. , Zinchenko A. 
Published: December 2023

Abstract
Measurement of the ultra-rare $$ {K}^{+}\to {\pi}^{+}\nu \overline{\nu} $$

K
+

→

π
+

ν

ν
¯

decay at the NA62 experiment at CERN requires high-performance particle identification to distinguish muons from pions. Calorimetric identification currently in use, based on a boosted decision tree algorithm, achieves a muon misidentification probability of 1.2 × 10−5 for a pion identification efficiency of 75% in the momentum range of 15–40 GeV/c. In this work, calorimetric identification performance is improved by developing an algorithm based on a convolutional neural network classifier augmented by a filter. Muon misidentification probability is reduced by a factor of six with respect to the current value for a fixed pion-identification efficiency of 75%. Alternatively, pion identification efficiency is improved from 72% to 91% for a fixed muon misidentification probability of 10−5.