학술논문
Searching for eV-scale sterile neutrinos with eight years of atmospheric neutrinos at the IceCube neutrino telescope
Document Type
Working Paper
Author
Aartsen, M. G.; Abbasi, R.; Ackermann, M.; Adams, J.; Aguilar, J. A.; Ahlers, M.; Ahrens, M.; Alispach, C.; Amin, N. M.; Andeen, K.; Anderson, T.; Ansseau, I.; Anton, G.; Argüelles, C.; Auffenberg, J.; Axani, S.; Bagherpour, H.; Bai, X.; V., A. Balagopal; Barbano, A.; Barwick, S. W.; Bastian, B.; Basu, V.; Baum, V.; Baur, S.; Bay, R.; Beatty, J. J.; Becker, K. -H.; Tjus, J. Becker; BenZvi, S.; Berley, D.; Bernardini, E.; Besson, D. Z.; Binder, G.; Bindig, D.; Blaufuss, E.; Blot, S.; Bohm, C.; Böser, S.; Botner, O.; Böttcher, J.; Bourbeau, E.; Bourbeau, J.; Bradascio, F.; Braun, J.; Bron, S.; Brostean-Kaiser, J.; Burgman, A.; Buscher, J.; Busse, R. S.; Carver, T.; Chen, C.; Cheung, E.; Chirkin, D.; Choi, S.; Clark, B. A.; Clark, K.; Classen, L.; Coleman, A.; Collin, G. H.; Conrad, J. M.; Coppin, P.; Correa, P.; Cowen, D. F.; Cross, R.; Dave, P.; De Clercq, C.; DeLaunay, J. J.; Dembinski, H.; Deoskar, K.; De Ridder, S.; Desai, A.; Desiati, P.; de Vries, K. D.; de Wasseige, G.; de With, M.; DeYoung, T.; Dharani, S.; Diaz, A.; Díaz-Vélez, J. C.; Dujmovic, H.; Dunkman, M.; DuVernois, M. A.; Dvorak, E.; Ehrhardt, T.; Eller, P.; Engel, R.; Evenson, P. A.; Fahey, S.; Fazely, A. R.; Fedynitch, A.; Felde, J.; Fienberg, A. T.; Filimonov, K.; Finley, C.; Fox, D.; Franckowiak, A.; Friedman, E.; Fritz, A.; Gaisser, T. K.; Gallagher, J.; Ganster, E.; Garrappa, S.; Gerhardt, L.; Glauch, T.; Glüsenkamp, T.; Goldschmidt, A.; Gonzalez, J. G.; Grant, D.; Grégoire, T.; Griffith, Z.; Griswold, S.; Günder, M.; Gündüz, M.; Haack, C.; Hallgren, A.; Halliday, R.; Halve, L.; Halzen, F.; Hanson, K.; Hardin, J.; Haungs, A.; Hauser, S.; Hebecker, D.; Heereman, D.; Heix, P.; Helbing, K.; Hellauer, R.; Henningsen, F.; Hickford, S.; Hignight, J.; Hill, G. C.; Hoffman, K. D.; Hoffmann, R.; Hoinka, T.; Hokanson-Fasig, B.; Hoshina, K.; Huang, F.; Huber, M.; Huber, T.; Hultqvist, K.; Hünnefeld, M.; Hussain, R.; In, S.; Iovine, N.; Ishihara, A.; Jansson, M.; Japaridze, G. S.; Jeong, M.; Jones, B. J. P.; Jonske, F.; Joppe, R.; Kang, D.; Kang, W.; Kappes, A.; Kappesser, D.; Karg, T.; Karl, M.; Karle, A.; Katz, U.; Kauer, M.; Kellermann, M.; Kelley, J. L.; Kheirandish, A.; Kim, J.; Kintscher, T.; Kiryluk, J.; Kittler, T.; Klein, S. R.; Koirala, R.; Kolanoski, H.; Köpke, L.; Kopper, C.; Kopper, S.; Koskinen, D. J.; Koundal, P.; Kowalski, M.; Krings, K.; Krückl, G.; Kulacz, N.; Kurahashi, N.; Kyriacou, A.; Lanfranchi, J. L.; Larson, M. J.; Lauber, F.; Lazar, J. P.; Leonard, K.; Leszczyńska, A.; Li, Y.; Liu, Q. R.; Lohfink, E.; Mariscal, C. J. Lozano; Lu, L.; Lucarelli, F.; Ludwig, A.; Lünemann, J.; Luszczak, W.; Lyu, Y.; Ma, W. Y.; Madsen, J.; Maggi, G.; Mahn, K. B. M.; Makino, Y.; Mallik, P.; Mancina, S.; Mariş, I. C.; Maruyama, R.; Mase, K.; Maunu, R.; McNally, F.; Meagher, K.; Medici, M.; Medina, A.; Meier, M.; Meighen-Berger, S.; Merz, J.; Meures, T.; Micallef, J.; Mockler, D.; Momenté, G.; Montaruli, T.; Moore, R. W.; Morse, R.; Moulai, M.; Muth, P.; Nagai, R.; Naumann, U.; Neer, G.; Nguyen, L. V.; Niederhausen, H.; Nisa, M. U.; Nowicki, S. C.; Nygren, D. R.; Pollmann, A. Obertacke; Oehler, M.; Olivas, A.; O'Murchadha, A.; O'Sullivan, E.; Palczewski, T.; Pandya, H.; Pankova, D. V.; Park, N.; Parker, G. K.; Paudel, E. N.; Peiffer, P.; Heros, C. Pérez de los; Philippen, S.; Pieloth, D.; Pieper, S.; Pinat, E.; Pizzuto, A.; Plum, M.; Popovych, Y.; Porcelli, A.; Rodriguez, M. Prado; Price, P. B.; Przybylski, G. T.; Raab, C.; Raissi, A.; Rameez, M.; Rauch, L.; Rawlins, K.; Rea, I. C.; Rehman, A.; Reimann, R.; Relethford, B.; Renschler, M.; Renzi, G.; Resconi, E.; Rhode, W.; Richman, M.; Riedel, B.; Robertson, S.; Rongen, M.; Rott, C.; Ruhe, T.; Ryckbosch, D.; Cantu, D. Rysewyk; Safa, I.; Herrera, S. E. Sanchez; Sandrock, A.; Sandroos, J.; Santander, M.; Sarkar, S.; Satalecka, K.; Scharf, M.; Schaufel, M.; Schieler, H.; Schlunder, P.; Schmidt, T.; Schneider, A.; Schneider, J.; Schröder, F. G.; Schumacher, L.; Sclafani, S.; Seckel, D.; Seunarine, S.; Shefali, S.; Silva, M.; Smithers, B.; Snihur, R.; Soedingrekso, J.; Soldin, D.; Song, M.; Spiczak, G. M.; Spiering, C.; Stachurska, J.; Stamatikos, M.; Stanev, T.; Stein, R.; Stettner, J.; Steuer, A.; Stezelberger, T.; Stokstad, R. G.; Stößl, A.; Strotjohann, N. L.; Stürwald, T.; Stuttard, T.; Sullivan, G. W.; Taboada, I.; Tenholt, F.; Ter-Antonyan, S.; Terliuk, A.; Tilav, S.; Tollefson, K.; Tomankova, L.; Tönnis, C.; Toscano, S.; Tosi, D.; Trettin, A.; Tselengidou, M.; Tung, C. F.; Turcati, A.; Turcotte, R.; Turley, C. F.; Ty, B.; Unger, E.; Elorrieta, M. A. Unland; Usner, M.; Vandenbroucke, J.; Van Driessche, W.; van Eijk, D.; van Eijndhoven, N.; Vannerom, D.; van Santen, J.; Verpoest, S.; Vraeghe, M.; Walck, C.; Wallace, A.; Wallraff, M.; Watson, T. B.; Weaver, C.; Weindl, A.; Weiss, M. J.; Weldert, J.; Wendt, C.; Werthebach, J.; Whelan, B. J.; Whitehorn, N.; Wiebe, K.; Wiebusch, C. H.; Williams, D. R.; Wills, L.; Wolf, M.; Wood, T. R.; Woschnagg, K.; Wrede, G.; Wulff, J.; Xu, X. W.; Xu, Y.; Yanez, J. P.; Yodh, G.; Yoshida, S.; Yuan, T.; Zhang, Z.; Zöcklein, M.
Source
Phys. Rev. D 102, 052009 (2020)
Subject
Language
Abstract
We report in detail on searches for eV-scale sterile neutrinos, in the context of a 3+1 model, using eight years of data from the IceCube neutrino telescope. By analyzing the reconstructed energies and zenith angles of 305,735 atmospheric $\nu_\mu$ and $\bar{\nu}_\mu$ events we construct confidence intervals in two analysis spaces: $\sin^2 (2\theta_{24})$ vs. $\Delta m^2_{41}$ under the conservative assumption $\theta_{34}=0$; and $\sin^2(2\theta_{24})$ vs. $\sin^2 (2\theta_{34})$ given sufficiently large $\Delta m^2_{41}$ that fast oscillation features are unresolvable. Detailed discussions of the event selection, systematic uncertainties, and fitting procedures are presented. No strong evidence for sterile neutrinos is found, and the best-fit likelihood is consistent with the no sterile neutrino hypothesis with a p-value of 8\% in the first analysis space and 19\% in the second.
Comment: This long-form paper is a companion to the letter "An eV-scale sterile neutrino search using eight years of atmospheric muon neutrino data from the IceCube Neutrino Observatory". v2: update other experiments contours on results plot
Comment: This long-form paper is a companion to the letter "An eV-scale sterile neutrino search using eight years of atmospheric muon neutrino data from the IceCube Neutrino Observatory". v2: update other experiments contours on results plot