The cosmic muon and detector simulation framework of the extreme energy events (EEE) experiment

M. Abbrescia; C. Avanzini; L. Baldini; R. Baldini Ferroli; G. Batignani; M. Battaglieri; S. Boi; E. Bossini; F. Carnesecchi; C. Cicalò; L. Cifarelli; F. Coccetti; E. Coccia; A. Corvaglia; D. De Gruttola; S. De Pasquale; F. Fabbri; A. Fulci; L. Galante; M. Garbini; G. Gemme; I. Gnesi; S. Grazzi; D. Hatzifotiadou; P. La Rocca; Z. Liu; G. Mandaglio; G. Maron; M. N. Mazziotta; A. Mulliri; R. Nania; F. Noferini; F. Nozzoli; F. Palmonari; M. Panareo; M. P. Panetta; R. Paoletti; C. Pellegrino; O. Pinazza; C. Pinto; S. Pisano; F. Riggi; G. Righini; C. Ripoli; M. Rizzi; G. Sartorelli; E. Scapparone; M. Schioppa; A. Scribano; M. Selvi; G. Serri; S Squarcia; M. Taiuti; G. Terreni; A. Trifirò; M. Trimarchi; A. S. Triolo; C. Vistoli; L. Votano; M. Ungaro; M. C. S. Williams; A. Zichichi; R. Zuyeuski

doi:10.1140/epjc/s10052-021-09237-y

2021 Impact factor 4.991

Particles and Fields

Open Access

Eur. Phys. J. C (2021) 81: 464
https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-021-09237-y

Regular Article - Experimental Physics

The cosmic muon and detector simulation framework of the extreme energy events (EEE) experiment

M. Abbrescia¹^,2, C. Avanzini³, L. Baldini³^,6, R. Baldini Ferroli⁷, G. Batignani³^,6, M. Battaglieri⁸^,9, S. Boi¹⁰^,11, E. Bossini³^,6, F. Carnesecchi⁵^,13, C. Cicalò¹¹, L. Cifarelli⁵^,13, F. Coccetti⁴, E. Coccia¹⁴, A. Corvaglia¹⁵, D. De Gruttola¹⁶^,17, S. De Pasquale¹⁶^,17, F. Fabbri⁷, A. Fulci¹⁸, L. Galante¹⁹^,20, M. Garbini⁴^,5, G. Gemme⁸, I. Gnesi⁴^,21, S. Grazzi⁸^,18, D. Hatzifotiadou⁵^,12, P. La Rocca²²^,23, Z. Liu²⁴, G. Mandaglio¹⁸^,23^ad, G. Maron²⁵, M. N. Mazziotta², A. Mulliri¹⁰^,11, R. Nania⁵, F. Noferini⁵, F. Nozzoli²⁶, F. Palmonari⁵^,13, M. Panareo¹⁵^,27, M. P. Panetta⁴^,15, R. Paoletti³^,28, C. Pellegrino²⁵, O. Pinazza⁵, C. Pinto²²^,23, S. Pisano⁴^,7, F. Riggi²²^,23, G. Righini²⁹, C. Ripoli¹⁶^,17, M. Rizzi², G. Sartorelli⁵^,13, E. Scapparone⁵, M. Schioppa²¹^,30, A. Scribano²⁸, M. Selvi⁵, G. Serri¹⁰^,11, S Squarcia⁸^,31, M. Taiuti⁸^,31, G. Terreni³, A. Trifirò¹⁸^,23, M. Trimarchi¹⁸^,23, A. S. Triolo¹⁸, C. Vistoli²⁵, L. Votano³², M. Ungaro⁹, M. C. S. Williams⁵^,24, A. Zichichi⁵^,12^,13 and R. Zuyeuski²⁴

¹ Dipartimento Interateneo di Fisica, Università di Bari, Bari, Italy
² INFN Sezione di Bari, Bari, Italy
³ INFN Sezione di Pisa, Pisa, Italy
⁴ Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche “Enrico Fermi”, Rome, Italy
⁵ INFN Sezione di Bologna, Bologna, Italy
⁶ Dipartimento di Fisica, Università di Pisa, Pisa, Italy
⁷ INFN Laboratori Nazionali di Frascati, Frascati (Rome), Italy
⁸ INFN Sezione di Genova, Genoa, Italy
⁹ Thomas Jefferson National Accelerator Facility, Newport News, VA, USA
¹⁰ Dipartimento di Fisica, Università di Cagliari, Cagliari, Italy
¹¹ INFN Sezione di Cagliari, Cagliari, Italy
¹² CERN, Geneva, Switzerland
¹³ Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Bologna, Bologna, Italy
¹⁴ Gran Sasso Science Institute, L’Aquila, Italy
¹⁵ INFN Sezione di Lecce, Lecce, Italy
¹⁶ Dipartimento di Fisica, Università di Salerno, Salerno, Italy
¹⁷ INFN Gruppo Collegato di Salerno, Salerno, Italy
¹⁸ Dipartimento di Scienze Matematiche e Informatiche, Scienze Fisiche e Scienze della Terra, Università di Messina, Messina, Italy
¹⁹ Dipartimento di Scienze Applicate e Tecnologia, Politecnico di Torino, Turin, Italy
²⁰ INFN Sezione di Torino, Turin, Italy
²¹ INFN Gruppo Collegato di Cosenza, Cosenza, Italy
²² Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Catania, Catania, Italy
²³ INFN Sezione di Catania, Catania, Italy
²⁴ ICSC World laboratory, Geneva, Switzerland
²⁵ INFN-CNAF, Bologna, Italy
²⁶ INFN Trento Institute for Fundamental Physics and Applications, Trento, Italy
²⁷ Dipartimento di Matematica e Fisica, Università del Salento, Lecce, Italy
²⁸ Dipartimento di Scienze Fisiche, della Terra e dell’Ambiente, Università di Siena, Siena, Italy
²⁹ CNR Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara”, Sesto Fiorentino (Florence), Italy
³⁰ Dipartimento di Fisica, Università della Calabria, Rende (Cosenza), Italy
³¹ Dipartimento di Fisica, Università di Genova, Genoa, Italy
³² INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Assergi (L’Aquila), Italy

^ad gmandaglio@unime.it

Received: 16 October 2020
Accepted: 14 May 2021
Published online: 27 May 2021

Abstract

This paper describes the simulation framework of the extreme energy events (EEE) experiment. EEE is a network of cosmic muon trackers, each made of three multi-gap resistive plate chambers (MRPC), able to precisely measure the absolute muon crossing time and the muon integrated angular flux at the ground level. The response of a single MRPC and the combination of three chambers have been implemented in a GEANT4-based framework (GEMC) to study the telescope response. The detector geometry, as well as details about the surrounding materials and the location of the telescopes have been included in the simulations in order to realistically reproduce the experimental set-up of each telescope. A model based on the latest parametrization of the cosmic muon flux has been used to generate single muon events. After validating the framework by comparing simulations to selected EEE telescope data, it has been used to determine detector parameters not accessible by analysing experimental data only, such as detection efficiency, angular and spatial resolution.

© The Author(s) 2021

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