Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

A search for an eV-scale sterile neutrino using improved high-energy $ν_μ$ event reconstruction in IceCube

Published 13 May 2024 in hep-ex and hep-ph | (2405.08070v2)

Abstract: This Letter presents the result of a 3+1 sterile neutrino search using 10.7 years of IceCube data. We analyze atmospheric muon neutrinos that traverse the Earth with energies ranging from 0.5 to 100 TeV, incorporating significant improvements in modeling neutrino flux and detector response compared to earlier studies. Notably, for the first time, we categorize data into starting and through-going events, distinguishing neutrino interactions with vertices inside or outside the instrumented volume, to improve energy resolution. The best-fit point for a 3+1 model is found to be at $\sin2(2\theta_{24}) = 0.16$ and $\Delta m{2}_{41} = 3.5$ eV$2$, which agrees with previous iterations of this study. The result is consistent with the null hypothesis of no sterile neutrinos with a p-value of 3.1\%.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (50)
  1. C. Athanassopoulos et al. (LSND Collaboration), Phys. Rev. Lett. 77, 3082 (1996).
  2. A. A. Aguilar-Arevalo et al. (MiniBooNE Collaboration), Phys. Rev. Lett. 110, 161801 (2013).
  3. V. V. Barinov et al., Phys. Rev. Lett. 128, 232501 (2022).
  4. B. Dasgupta and J. Kopp, Phys. Rept. 928, 1 (2021), arXiv:2106.05913 [hep-ph] .
  5. P. Adamson et al. (MINOS Collaboration), Phys. Rev. Lett. 107, 011802 (2011a).
  6. P. Adamson et al. (The MINOS Collaboration), Phys. Rev. Lett. 108, 191801 (2012).
  7. P. Adamson et al. (The MINOS Collaboration), Phys. Rev. D 84, 071103 (2011b).
  8. P. Adamson et al. (MINOS Collaboration), Phys. Rev. Lett. 117, 151803 (2016).
  9. I. E. Stockdale et al., Phys. Rev. Lett. 52, 1384 (1984).
  10. K. Abe et al. (Super-Kamiokande Collaboration), Phys. Rev. D 91, 052019 (2015).
  11. K. B. M. Mahn et al. (MiniBooNE and SciBooNE Collaborations), Phys. Rev. D 85, 032007 (2012).
  12. G. Cheng et al. (MiniBooNE and SciBooNE Collaborations), Phys. Rev. D 86, 052009 (2012).
  13. M. G. Aartsen et al. (IceCube), Phys. Rev. Lett. 117, 071801 (2016), arXiv:1605.01990 [hep-ex] .
  14. M. G. Aartsen et al. (IceCube), Phys. Rev. Lett. 125, 141801 (2020a), arXiv:2005.12942 [hep-ex] .
  15. M. G. Aartsen et al. (IceCube), Phys. Rev. D 102, 052009 (2020b), arXiv:2005.12943 [hep-ex] .
  16. M. G. Aartsen et al. (IceCube), JINST 12, P03012 (2017a), arXiv:1612.05093 [astro-ph.IM] .
  17. R. Abbasi et al. (IceCube), Nucl. Instrum. Meth. A601, 294 (2009), arXiv:0810.4930 [physics.ins-det] .
  18. E. K. Akhmedov, Sov. J. Nucl. Phys. 47, 301 (1988), [Yad. Fiz.47,475(1988)].
  19. P. I. Krastev and A. Yu. Smirnov, Phys. Lett. B226, 341 (1989).
  20. M. V. Chizhov and S. T. Petcov, Phys. Rev. Lett. 83, 1096 (1999), arXiv:hep-ph/9903399 [hep-ph] .
  21. E. K. Akhmedov and A. Yu. Smirnov, Phys. Rev. Lett. 85, 3978 (2000), arXiv:hep-ph/9910433 [hep-ph] .
  22. S. Choubey, JHEP 12, 014 (2007), arXiv:0709.1937 [hep-ph] .
  23. A. Esmaili and A. Y. Smirnov, JHEP 12, 014 (2013), arXiv:1307.6824 [hep-ph] .
  24. M. G. Aartsen et al. (IceCube), Phys. Rev. D 95, 112002 (2017b), arXiv:1702.05160 [hep-ex] .
  25. P. for PRD reference,  .
  26. P. Lipari, Astropart. Phys. 1, 195 (1993).
  27. J. Ahrens et al. (AMANDA), Nucl. Instrum. Meth. A 524, 169 (2004), arXiv:astro-ph/0407044 .
  28. M. G. Aartsen et al. (IceCube), JINST 9, P03009 (2014a), arXiv:1311.4767 [physics.ins-det] .
  29. R. Abbasi et al., JINST 16, P07041 (2021a), arXiv:2101.11589 [hep-ex] .
  30. M. G. Aartsen et al. (IceCube), JINST 9, P03009 (2014b), arXiv:1311.4767 [physics.ins-det] .
  31. M. Kronmueller and T. Glauch (IceCube), PoS ICRC2019, 937 (2020), arXiv:1908.08763 [astro-ph.IM] .
  32. S. S. Wilks, The Annals of Mathematical Statistics 9, 60 (1938).
  33. J. P. Yañez and A. Fedynitch, Phys. Rev. D 107, 123037 (2023), arXiv:2303.00022 [hep-ph] .
  34. A. Palladino and F. Vissani, Eur. Phys. J. C 75, 433 (2015), arXiv:1504.05238 [hep-ph] .
  35. M. G. Aartsen et al. (IceCube), Phys. Rev. Lett. 125, 121104 (2020c), arXiv:2001.09520 [astro-ph.HE] .
  36. R. Abbasi et al. (IceCube), Phys. Rev. D 104, 022002 (2021b), arXiv:2011.03545 [astro-ph.HE] .
  37. R. Abbasi et al. (IceCube), Astrophys. J. 928, 50 (2022), arXiv:2111.10299 [astro-ph.HE] .
  38. A. M. Dziewonski and D. L. Anderson, Physics of the Earth and Planetary Interiors 25, 297 (1981).
  39. A. Fedynitch and M. Huber, Phys. Rev. D 106, 083018 (2022), arXiv:2205.14766 [astro-ph.HE] .
  40. R. Abbasi et al. (IceCube), Science 380, adc9818 (2023), arXiv:2307.04427 [astro-ph.HE] .
  41. Y. S. Jeong and M. H. Reno, Phys. Rev. D 108, 113010 (2023), arXiv:2307.09241 [hep-ph] .
  42. R. Plestid and B. Zhou,   (2024), arXiv:2403.07984 [hep-ph] .
  43. M. G. Aartsen et al. (IceCube), Nucl. Instrum. Meth. A 711, 73 (2013), arXiv:1301.5361 [astro-ph.IM] .
  44. M. G. Aartsen et al. (IceCube), JCAP 10, 048 (2019), arXiv:1909.01530 [hep-ex] .
  45. M. G. Aartsen et al. (IceCube), Nature 551, 596 (2017c), arXiv:1711.08119 [hep-ex] .
  46. R. Abbasi et al. (IceCube),   (2020), 10.1103/PhysRevD.104.022001, arXiv:2011.03560 [hep-ex] .
  47. S. Adrian-Martinez et al. (KM3Net), J. Phys. G 43, 084001 (2016), arXiv:1601.07459 [astro-ph.IM] .
  48. V. A. Allakhverdyan et al., Phys. At. Nucl. 84, 1600 (2021).
  49. A. Ishihara (IceCube), PoS ICRC2019, 1031 (2021), arXiv:1908.09441 [astro-ph.HE] .
  50. M. G. Aartsen et al. (IceCube-Gen2), J. Phys. G 48, 060501 (2021), arXiv:2008.04323 [astro-ph.HE] .
Citations (2)

Summary

Whiteboard

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

Open Problems

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

Continue Learning

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

Collections

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

Tweets

Sign up for free to view the 4 tweets with 5 likes about this paper.