Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Observation of Seven Astrophysical Tau Neutrino Candidates with IceCube

Published 4 Mar 2024 in astro-ph.HE and hep-ex | (2403.02516v3)

Abstract: We report on a measurement of astrophysical tau neutrinos with 9.7 years of IceCube data. Using convolutional neural networks trained on images derived from simulated events, seven candidate $\nu_\tau$ events were found with visible energies ranging from roughly 20 TeV to 1 PeV and a median expected parent $\nu_\tau$ energy of about 200 TeV. Considering backgrounds from astrophysical and atmospheric neutrinos, and muons from $\pi\pm/K\pm$ decays in atmospheric air showers, we obtain a total estimated background of about 0.5 events, dominated by non-$\nu_\tau$ astrophysical neutrinos. Thus, we rule out the absence of astrophysical $\nu_\tau$ at the $5\sigma$ level. The measured astrophysical $\nu_\tau$ flux is consistent with expectations based on previously published IceCube astrophysical neutrino flux measurements and neutrino oscillations.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (79)
  1. M. G. Aartsen et al. (IceCube), Phys. Rev. Lett. 111, 021103 (2013a).
  2. E. Fermi, Phys. Rev. 75, 1169 (1949).
  3. A. R. Bell, MNRAS 182, 147 (1978).
  4. T. K. Gaisser, Cosmic Rays and Particle Physics (Cambridge University Press, 1990).
  5. R. J. Protheroe and D. Kazanas, Astrophys. J. 265, 620 (1983).
  6. D. Kazanas and D. C. Ellison, Astrophys. J. 304, 178 (1986).
  7. M. Sikora et al., Astrophys. J. Lett. 320, L81 (1987).
  8. K. Mannheim and P. L. Biermann, Astron. Astrophys. 253, L21 (1992).
  9. J. Matthews, A. Bell, and K. Blundell, New Astron. Rev. 89, 101543 (2020).
  10. W. Winter, Phys. Rev. D88, 083007 (2013).
  11. K. Murase, M. Ahlers, and B. C. Lacki, Phys. Rev. D88, 121301(R) (2013).
  12. J. G. Learned and S. Pakvasa, Astropart. Phys. 3, 267 (1995).
  13. H. Athar, C. S. Kim, and J. Lee, Mod. Phys. Lett. A21, 1049 (2006).
  14. T. Kashti and E. Waxman, Phys. Rev. Lett. 95, 181101 (2005).
  15. S. R. Klein, R. E. Mikkelsen, and J. Becker Tjus, Astrophys. J. 779, 106 (2013).
  16. P. Lipari, M. Lusignoli, and D. Meloni, Phys. Rev. D. 75, 123005 (2007).
  17. M. Bustamante, J. F. Beacom, and W. Winter, Phys. Rev. Lett. 115, 161302 (2015).
  18. A. Esmaili and Y. Farzan, Nucl.Phys. B821, 197 (2009).
  19. I. Esteban et al., JHEP 01, 106 (2019).
  20. NuFIT 4.1, www.nu-fit.org  (2019).
  21. K. Kodama et al. (DONuT), Phys. Rev. D 78, 052002 (2008).
  22. N. Agafonova et al. (OPERA), Phys. Rev. D 100, 051301 (2019a).
  23. Z. Li et al. (Super-Kamiokande), Phys. Rev. D 98, 052006 (2018).
  24. M. G. Aartsen et al. (IceCube), Phys. Rev. D 99, 032007 (2019a).
  25. C. A. Argüelles, T. Katori, and J. Salvado, Phys. Rev. Lett. 115, 161303 (2015).
  26. I. M. Shoemaker and K. Murase, Phys. Rev. D 93, 085004 (2016).
  27. V. Brdar, J. Kopp, and X.-P. Wang, JCAP 01, 026 (2017).
  28. M. Bustamante, J. F. Beacom, and K. Murase, Phys. Rev. D 95, 063013 (2017).
  29. N. Klop and S. Ando, Phys. Rev. D 97, 063006 (2018).
  30. M. Bustamante and S. K. Agarwalla, Phys. Rev. Lett. 122, 061103 (2019).
  31. P. B. Denton and I. Tamborra, Phys. Rev. Lett. 121, 121802 (2018).
  32. Y. Farzan and S. Palomares-Ruiz, Phys. Rev. D 99, 051702 (2019).
  33. R. Abbasi et al. (IceCube), Nature Phys. 18, 1287 (2022a).
  34. A. Abdullahi and P. B. Denton, Phys. Rev. D 102, 023018 (2020).
  35. R. M. Abraham et al., Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 49, 110501 (2022).
  36. M. Ackermann et al., arXiv:2203.08096  (2022).
  37. R. Abbasi et al. (IceCube Collaboration), Phys. Rev. D 86, 022005 (2012a).
  38. M. G. Aartsen et al. (IceCube Collaboration), Phys. Rev. D 93, 022001 (2016a).
  39. R. Abbasi et al. (IceCube), Eur. Phys. J. C 82, 1031 (2022b).
  40. M. Meier and J. Soedingrekso (IceCube), PoS ICRC2019 , 960 (2020).
  41. M. G. Aartsen et al. (IceCube), JINST 12 (03), P03012 (2017).
  42. R. Abbasi et al. (IceCube), Astropart. Phys. 35, 615 (2012b).
  43. P. A. Cherenkov, Dokl. Akad. Nauk SSSR 2, 451 (1934).
  44. S. L. Glashow, Phys. Rev. 118, 1 (1960).
  45. M. G. Aartsen et al. (IceCube), Nature 591, 220 (2021), [Erratum: Nature 592, E11 (2021)].
  46. M. G. Aartsen et al. (IceCube), Astrophys. J. 809, 98 (2015).
  47. R. Abbasi et al. (IceCube), Astrophys. J. 928, 50 (2022c).
  48. M. G. Aartsen et al. (IceCube), Phys. Rev. D 99, 032004 (2019b).
  49. R. Abbasi et al. (IceCube), Phys. Rev. D 104, 022002 (2021a).
  50. K. Simonyan and A. Zisserman, arXiv:1409.1556  (2014).
  51. K. Simonyan, A. Vedaldi, and A. Zisserman,  (2014), arXiv:1312.6034 .
  52. A. Gazizov and M. P. Kowalski, Computer Physics Communications 172 (2005).
  53. A. Bhattacharya et al., JHEP 06, 110 (2015).
  54. M. V. Garzelli, S. Moch, and G. Sigl, JHEP 10, 115 (2015).
  55. J. van Santen, Ph.D. thesis, University of Wisconsin-Madison (2014).
  56. L. Radel and C. Wiebusch, Calculation of the Cherenkov light yield from electromagnetic cascades in ice with Geant4, Astropart. Phys. 44, 102 (2013).
  57. L. D. Landau and I. Pomeranchuk, Electron cascade process at very high-energies, Dokl. Akad. Nauk Ser. Fiz. 92, 735 (1953a).
  58. L. D. Landau and I. Pomeranchuk, Limits of applicability of the theory of bremsstrahlung electrons and pair production at high-energies, Dokl. Akad. Nauk Ser. Fiz. 92, 535 (1953b).
  59. A. B. Migdal, Bremsstrahlung and pair production in condensed media at high-energies, Phys. Rev. 103, 1811 (1956).
  60. A. Cooper-Sarkar, P. Mertsch, and S. Sarkar, JHEP 08, 042 (2011).
  61. G. Aad et al. (ATLAS), Determination of the parton distribution functions of the proton using diverse ATLAS data from p⁢p𝑝𝑝ppitalic_p italic_p collisions at s=7𝑠7\sqrt{s}=7square-root start_ARG italic_s end_ARG = 7, 8 and 13 TeV, Eur. Phys. J. C 82, 438 (2022).
  62. V. Radescu (H1, ZEUS), PoS ICHEP2010 , 168 (2010).
  63. T.-J. Hou et al., Phys. Rev. D 103, 014013 (2021).
  64. M. Aaboud et al. (ATLAS), Eur. Phys. J. C 77, 367 (2017).
  65. B. Zhou and J. F. Beacom, Phys. Rev. D 101, 036010 (2020).
  66. G. J. Feldman and R. D. Cousins, Phys. Rev. D 57, 3873 (1998).
  67. L. Lu (IceCube), PoS ICRC2017 , 1002 (2018).
  68. M. Huennefeld et al. (IceCube), PoS ICRC2021 , 1065 (2021).
  69. F. Halzen and D. Saltzberg, Phys. Rev. Lett. 81, 4305 (1998).
  70. S.-M. Moosavi-Dezfooli, A. Fawzi, and P. Frossard, Deepfool: a simple and accurate method to fool deep neural networks, in Proceedings of the IEEE conference on computer vision and pattern recognition (2016) pp. 2574–2582.
  71. M. G. Aartsen et al. (IceCube), Measurement of South Pole ice transparency with the IceCube LED calibration system, Nucl. Instrum. Meth. A 711, 73 (2013b).
  72. D. Chirkin (IceCube), in 33rd International Cosmic Ray Conference (2013) p. 0580.
  73. N. Kuiper, Nederl Akad Wetensch Proc Ser A. , 38 (1960).
  74. J. Ranft, Phys. Rev. D 51, 64 (1995).
  75. A. Kolmogorov, G. Ist. Ital. Attuari. 4, 83 (1933).
  76. R. Abbasi et al. (IceCube), LeptonInjector and LeptonWeighter: A neutrino event generator and weighter for neutrino observatories, Comput. Phys. Commun. 266, 108018 (2021b).
  77. M. G. Aartsen et al. (IceCube), Astropart. Phys. 78, 1 (2016b).
  78. N. Y. Agafonova et al. (LVD), Phys. Rev. D 100, 062002 (2019b).
  79. D. Chirkin and M. Rongen, Light diffusion in birefringent polycrystals and the icecube ice anisotropy (2019), arXiv:1908.07608 [astro-ph.HE] .
Citations (5)
View on Semantic Scholar

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Sign Up to Summarize

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Sign Up to Generate All Videos Subscribe on YouTube

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Sign Up to Generate

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Generate Now

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Generate Now

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Sign Up

Tweets

Sign up for free to view the 8 tweets with 6 likes about this paper.

Sign Up for Free