Search for steady point-like sources in the astrophysical muon neutrino flux with 8 years of IceCube data

被引：106

作者：

Aartsen, M. G. ^{[18
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Ackermann, M. ^{[56
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Adams, J. ^{[18
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Aguilar, J. A. ^{[13
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Ahlers, M. ^{[23
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Ahrens, M. ^{[48
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Altmann, D. ^{[27
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Andeen, K. ^{[38
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Anderson, T. ^{[53
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Ansseau, I. ^{[13
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Anton, G. ^{[27
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Arguelles, C. ^{[15
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Auffenberg, J. ^{[1
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Axani, S. ^{[15
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Backes, P. ^{[1
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Bagherpour, H. ^{[18
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Bai, X. ^{[45
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Barbano, A. ^{[28
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Barron, J. P. ^{[26
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Barwick, S. W. ^{[30
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Baum, V. ^{[37
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Bay, R. ^{[9
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Beatty, J. J. ^{[20
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Tjus, J. Becker ^{[12
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Becker, K. -H. ^{[55
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BenZvi, S. ^{[47
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Berley, D. ^{[19
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Bernardini, E. ^{[56
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Besson, D. Z. ^{[31
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Binder, G. ^{[9
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Bindig, D. ^{[55
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Blaufuss, E. ^{[19
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Blot, S. ^{[56
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Bohm, C. ^{[48
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Boerner, M. ^{[24
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Bos, F. ^{[12
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Boeser, S. ^{[37
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Botner, O. ^{[54
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Bourbeau, E. ^{[23
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Bourbeau, J. ^{[35
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Bradascio, F. ^{[56
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Braun, J. ^{[35
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Bretz, H. -P. ^{[56
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Bron, S. ^{[28
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Brostean-Kaiser, J. ^{[56
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Burgman, A. ^{[54
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Busse, R. S. ^{[35
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Carver, T. ^{[28
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Chen, C. ^{[6
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Cheung, E. ^{[19
]}

机构：

[1] Rhein Westfal TH Aachen, Phys Inst 3, D-52056 Aachen, Germany

[2] Univ Adelaide, Dept Phys, Adelaide, SA 5005, Australia

[3] Univ Alaska Anchorage, Dept Phys & Astron, 3211 Provdence Dr, Anchorage, AK 99508 USA

[4] Univ Texas Arlington, Dept Phys, 502 Yates St,Sci Hall Rm 108,POB 19059, Arlington, TX 76019 USA

[5] Clark Atlanta Univ, CTSPS, Atlanta, GA 30314 USA

[6] Georgia Inst Technol, Sch Phys, Atlanta, GA 30332 USA

[7] Georgia Inst Technol, Ctr Relativist Astrophys, Atlanta, GA 30332 USA

[8] Southern Univ, Dept Phys, Baton Rouge, LA 70813 USA

[9] Univ Calif Berkeley, Dept Phys, Berkeley, CA 94720 USA

[10] Lawrence Berkeley Natl Lab, Berkeley, CA 94720 USA

[11] Humboldt Univ, Inst Phys, D-12489 Berlin, Germany

[12] Ruhr Univ Bochum, Fak Phys & Astron, D-44780 Bochum, Germany

[13] Univ Libre Bruxelles, Sci Fac CP230, B-1050 Brussels, Belgium

[14] VUB, Dienst ELEM, B-1050 Brussels, Belgium

[15] MIT, Dept Phys, Cambridge, MA 02139 USA

[16] Chiba Univ, Dept Phys, Chiba 2638522, Japan

[17] Chiba Univ, Inst Global Prominent Res, Chiba 2638522, Japan

[18] Univ Canterbury, Dept Phys & Astron, Private Bag 4800, Christchurch, New Zealand

[19] Univ Maryland, Dept Phys, College Pk, MD 20742 USA

[20] Ohio State Univ, Dept Phys, Columbus, OH 43210 USA

[21] Ohio State Univ, Ctr Cosmol & Astroparticle Phys, Columbus, OH 43210 USA

[22] Ohio State Univ, Dept Astron, Columbus, OH 43210 USA

[23] Univ Copenhagen, Niels Bohr Inst, DK-2100 Copenhagen, Denmark

[24] TU Dortmund Univ, Dept Phys, D-44221 Dortmund, Germany

[25] Michigan State Univ, Dept Phys & Astron, E Lansing, MI 48824 USA

[26] Univ Alberta, Dept Phys, Edmonton, AB T6G 2E1, Canada

[27] Friedrich Alexander Univ Erlangen Nurnberg, Erlangen Ctr Astroparticle Phys, D-91058 Erlangen, Germany

[28] Univ Geneva, Dept Phys Nucl & Corpusculaire, CH-1211 Geneva, Switzerland

[29] Univ Ghent, Dept Phys & Astron, B-9000 Ghent, Belgium

[30] Univ Calif Irvine, Dept Phys & Astron, Irvine, CA 92697 USA

[31] Univ Kansas, Dept Phys & Astron, Lawrence, KS 66045 USA

[32] SNOLAB, 1039 Reg Rd 24,Creighton Mine 9, Lively, ON P3Y 1N2, Canada

[33] Univ Calif Los Angeles, Dept Phys & Astron, Los Angeles, CA 90095 USA

[34] Univ Wisconsin, Dept Astron, Madison, WI 53706 USA

[35] Univ Wisconsin, Dept Phys, 1150 Univ Ave, Madison, WI 53706 USA

[36] Univ Wisconsin, Wisconsin IceCube Particle Astrophys Ctr, 1150 Univ Ave, Madison, WI 53706 USA

[37] Johannes Gutenberg Univ Mainz, Inst Phys, Staudinger Weg 7, D-55099 Mainz, Germany

[38] Marquette Univ, Dept Phys, Milwaukee, WI 53201 USA

[39] Tech Univ Munich, Phys Dept, D-85748 Garching, Germany

[40] Westfal Wilhelms Univ Munster, Inst Kernphys, D-48149 Munster, Germany

[41] Univ Delaware, Dept Phys & Astron, Bartol Res Inst, Newark, DE 19716 USA

[42] Yale Univ, Dept Phys, New Haven, CT 06520 USA

[43] Univ Oxford, Dept Phys, 1 Keble Rd, Oxford OX1 3NP, England

[44] Drexel Univ, Dept Phys, 3141 Chestnut St, Philadelphia, PA 19104 USA

[45] South Dakota Sch Mines & Technol, Phys Dept, Rapid City, SD 57701 USA

[46] Univ Wisconsin, Dept Phys, River Falls, WI 54022 USA

[47] Univ Rochester, Dept Phys & Astron, Rochester, NY 14627 USA

[48] Stockholm Univ, Dept Phys, Oskar Klein Ctr, S-10691 Stockholm, Sweden

[49] SUNY Stony Brook, Dept Phys & Astron, Stony Brook, NY 11794 USA

[50] Sungkyunkwan Univ, Dept Phys, Suwon 440746, South Korea

来源：

EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C | 2019年 / 79卷 / 03期

基金：

新加坡国家研究基金会; 加拿大创新基金会; 加拿大自然科学与工程研究理事会; 美国国家科学基金会; 瑞士国家科学基金会; 瑞典研究理事会; 澳大利亚研究理事会;

关键词：

CRAB-NEBULA; ENERGY; PROPAGATION; RESOLUTION;

D O I：

10.1140/epjc/s10052-019-6680-0

中图分类号：

O412 [相对论、场论]; O572.2 [粒子物理学];

学科分类号：

摘要：

The IceCube Collaboration has observed a high-energy astrophysical neutrino flux and recently found evidence for neutrino emission from the blazar TXS 0506+056. These results open a new window into the high-energy universe. However, the source or sources of most of the observed flux of astrophysical neutrinos remains uncertain. Here, a search for steady point-like neutrino sources is performed using an unbinned likelihood analysis. The method searches for a spatial accumulation of muon-neutrino events using the very high-statistics sample of about 497,000 neutrinos recorded by IceCube between 2009 and 2017. The median angular resolution is approximate to 1 degrees at 1 TeV and improves to approximate to 0.3 degrees for neutrinos with an energy of 1 PeV. Compared to previous analyses, this search is optimized for point-like neutrino emission with the same flux-characteristics as the observed astrophysical muon-neutrino flux and introduces an improved event-reconstruction and parametrization of the background. The result is an improvement in sensitivity to the muon-neutrino flux compared to the previous analysis of approximate to 35% assuming an E-2 spectrum. The sensitivity on the muon-neutrino flux is at a level of E2dN/dE=310-13s-1. No new evidence for neutrino sources is found in a full sky scan and in an a priori candidate source list that is motivated by gamma-ray observations. Furthermore, no significant excesses above background are found from populations of sub-threshold sources. The implications of the non-observation for potential source classes are discussed.

引用

页数：19

共 62 条

[21] Calibration and characterization of the IceCube photomultiplier tube [J].

Abbasi, R. ;

Abdou, Y. ;

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Alba, J. L. Bazo ;

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Bechet, S. ;

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Benabderrahmane, M. L. ;

Berdermann, J. ;

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Berley, D. ;

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Besson, D. Z. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Botner, O. ;

Bradley, L. ;

Braun, J. ;

Buitink, S. ;

Carson, M. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clem, J. ;

Cohen, S. ;

Colnard, C. ;

Cowen, D. F. ;

D'Agostino, M. V. ;

Danninger, M. ;

De Clercq, C. ;

Demiroers, L. ;

Depaepe, O. ;

Descamps, F. ;

Desiati, P. ;

de Vries-Uiterweerd, G. ;

DeYoung, T. ;

Diaz-Velez, J. C. .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2010, 618 (1-3) :139-152

[22] The IceCube data acquisition system: Signal capture, digitization, and timestamping [J].

Abbasi, R. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, J. ;

Andeen, K. ;

Auffenberge, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Alba, J. L. Bazo ;

Beattie, K. ;

Becka, T. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K-H. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bingham, B. ;

Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bolmont, J. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Braun, J. ;

Breeder, D. ;

Burgess, T. ;

Carithers, W. ;

Castermans, T. ;

Chen, H. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clem, J. ;

Cowen, D. F. ;

D'Agostino, M. V. ;

Danninger, M. ;

Davour, A. ;

Day, C. T. ;

Depaepe, O. ;

De Clercq, C. ;

Demiroers, L. ;

Descamps, F. ;

Desiati, P. ;

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[24]

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[25] FERMI LARGE AREA TELESCOPE THIRD SOURCE CATALOG [J].

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Ajello, M. ;

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Axelsson, M. ;

Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Belfiore, A. ;

Bellazzini, R. ;

Bissaldi, E. ;

Blandford, R. D. ;

Bloom, E. D. ;

Bogart, J. R. ;

Bonino, R. ;

Bottacini, E. ;

Bregeon, J. ;

Britto, R. J. ;

Bruel, P. ;

Buehler, R. ;

Burnett, T. H. ;

Buson, S. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

Caputo, R. ;

Caragiulo, M. ;

Caraveo, P. A. ;

Casandjian, J. M. ;

Cavazzuti, E. ;

Charles, E. ;

Chaves, R. C. G. ;

Chekhtman, A. ;

Cheung, C. C. ;

Chiang, J. ;

Chiaro, G. ;

Ciprini, S. ;

Claus, R. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

Cominsky, L. R. ;

Conrad, J. ;

Cutini, S. ;

D'Ammando, F. ;

de Angelis, A. ;

DeKlotz, M. ;

de Palma, F. ;

Desiante, R. ;

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Di Venere, L. .

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[26] First year performance of the IceCube neutrino telescope [J].

Achterberg, A. ;

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Ahrens, J. ;

Andeen, K. ;

Atlee, D. W. ;

Baccus, J. ;

Bahcall, J. N. ;

Bai, X. ;

Baret, B. ;

Bartelt, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Beattie, K. ;

Becka, T. ;

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Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bouchta, A. ;

Braun, J. ;

Burgess, C. ;

Burgess, T. ;

Castermans, T. ;

Cherwinka, J. ;

Chirkin, D. ;

Clem, J. ;

Cowen, D. F. ;

D'Agostino, M. V. ;

Davour, A. ;

Day, C. T. ;

De Clercq, C. ;

Demiroer, L. ;

Desiati, P. ;

DeYoung, T. ;

Diaz-Velez, J. C. ;

Dreyer, J. ;

Duvoort, M. R. ;

Edwards, W. R. ;

Ehrlich, R. ;

Eisch, J. ;

Elcheikh, A. ;

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ASTROPARTICLE PHYSICS, 2006, 26 (03) :155-173

[27] Planck 2015 results XVII. Constraints on primordial non-Gaussianity [J].

Ade, P. A. R. ;

Aghanim, N. ;

Arnaud, M. ;

Arrojam, F. ;

Ashdown, M. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Ballardini, M. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartolo, N. ;

Basak, S. ;

Battaner, E. ;

Benabed, K. ;

Benoit, A. ;

Benoit-Levy, A. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bock, J. J. ;

Bonaldi, A. ;

Bonavera, L. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Butler, R. C. ;

Calabrese, E. ;

Cardoso, J. -F. ;

Catalano, A. ;

Challinor, A. ;

Chamballu, A. ;

Chiang, H. C. ;

Christensen, P. R. ;

Church, S. ;

Clements, D. L. ;

Colombi, S. ;

Colombo, L. P. L. ;

Combet, C. ;

Couchot, F. ;

Coulais, A. ;

Crill, B. P. ;

Curto, A. ;

Cuttaia, F. ;

Danese, L. ;

Davies, R. D. ;

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ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2016, 594

[28] THE FIRST COMBINED SEARCH FOR NEUTRINO POINT-SOURCES IN THE SOUTHERN HEMISPHERE WITH THE ANTARES AND ICECUBE NEUTRINO TELESCOPES [J].

Adrian-Martinez, S. ;

Albert, A. ;

Andre, M. ;

Anton, G. ;

Ardid, M. ;

Aubert, J. -J. ;

Baret, B. ;

Barrios-Marti, J. ;

Basa, S. ;

Bertin, V. ;

Biagi, S. ;

Bormuth, R. ;

Bouwhuis, M. C. ;

Bruijn, R. ;

Brunner, J. ;

Busto, J. ;

Capone, A. ;

Caramete, L. ;

Carr, J. ;

Chiarusi, T. ;

Circella, M. ;

Coniglione, R. ;

Costantini, H. ;

Coyle, P. ;

Creusot, A. ;

Dekeyser, I. ;

Deschamps, A. ;

De Bonis, G. ;

Distefano, C. ;

Donzaud, C. ;

Dornic, D. ;

Drouhin, D. ;

Dumas, A. ;

Eberl, T. ;

Elsaesser, D. ;

Enzenhoefer, A. ;

Fehn, K. ;

Felis, I. ;

Fermani, P. ;

Folger, F. ;

Fusco, L. A. ;

Galata, S. ;

Gay, P. ;

Geisselsoeder, S. ;

Geyer, K. ;

Giordano, V. ;

Gleixner, A. ;

Gracia-Ruiz, R. ;

Graf, K. ;

Hallmann, S. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2016, 823 (01)

[29] Observations of the crab nebula with HESS [J].

Aharonian, F. ;

Akhperjanian, A. G. ;

Bazer-Bachi, A. R. ;

Beilicke, M. ;

Benbow, W. ;

Berge, D. ;

Bernloehr, K. ;

Boisson, C. ;

Bolz, O. ;

Borrel, V. ;

Braun, I. ;

Breitling, F. ;

Brown, A. M. ;

Buehler, R. ;

Buesching, I. ;

Carrigan, S. ;

Chadwick, P. M. ;

Chounet, L. -M. ;

Cornils, R. ;

Costamante, L. ;

Degrange, B. ;

Dickinson, H. J. ;

Djannati-Atai, A. ;

Drury, L. O'C. ;

Dubus, G. ;

Egberts, K. ;

Emmanoulopoulos, D. ;

Espigat, P. ;

Feinstein, F. ;

Ferrero, E. ;

Fiasson, A. ;

Fontaine, G. ;

Funk, Seb. ;

Funk, S. ;

Gallant, Y. A. ;

Giebels, B. ;

Glicenstein, J. F. ;

Goret, P. ;

Hadjichristidis, C. ;

Hauser, D. ;

Hauser, M. ;

Heinzelmann, G. ;

Henri, G. ;

Hermann, G. ;

Hinton, J. A. ;

Hofmann, W. ;

Holleran, M. ;

Horns, D. ;

Jacholkowska, A. ;

de Jager, O. C. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2006, 457 (03) :899-915

[30] Muon track reconstruction and data selection techniques in AMANDA [J].

Ahrens, J ;

Bai, X ;

Bay, R ;

Barwick, SW ;

Becka, T ;

Becker, JK ;

Becker, KH ;

Bernardini, E ;

Bertrand, D ;

Biron, A ;

Boersma, DJ ;

Böser, S ;

Botner, O ;

Bouchta, A ;

Bouhali, O ;

Burgess, T ;

Carius, S ;

Castermans, T ;

Chirkin, D ;

Collin, B ;

Conrad, J ;

Cooley, J ;

Cowen, DF ;

Davour, A ;

De Clercq, C ;

DeYoung, T ;

Desitati, P ;

Dewulf, JP ;

Ekström, P ;

Feser, T ;

Gaug, M ;

Gaisser, TK ;

Ganugapati, R ;

Geenen, H ;

Gerhardt, L ;

Gross, A ;

Goldschmidt, A ;

Hallgren, A ;

Halzen, F ;

Hanson, K ;

Hardtke, R ;

Harenberg, T ;

Hauschildt, T ;

Helbing, K ;

Hellwig, M ;

Herquet, P ;

Hill, GC ;

Hubert, D ;

Hughey, B ;

Hulth, PO .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2004, 524 (1-3) :169-194

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[21] Calibration and characterization of the IceCube photomultiplier tube [J].

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Barwick, S. W. ;

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Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

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Benabderrahmane, M. L. ;

Berdermann, J. ;

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Besson, D. Z. ;

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Bohm, C. ;

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Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clem, J. ;

Cohen, S. ;

Colnard, C. ;

Cowen, D. F. ;

D'Agostino, M. V. ;

Danninger, M. ;

De Clercq, C. ;

Demiroers, L. ;

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Descamps, F. ;

Desiati, P. ;

de Vries-Uiterweerd, G. ;

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Abbasi, R. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, J. ;

Andeen, K. ;

Auffenberge, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Alba, J. L. Bazo ;

Beattie, K. ;

Becka, T. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K-H. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bingham, B. ;

Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bolmont, J. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Braun, J. ;

Breeder, D. ;

Burgess, T. ;

Carithers, W. ;

Castermans, T. ;

Chen, H. ;

Chirkin, D. ;

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Cowen, D. F. ;

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Bastieri, D. ;

Belfiore, A. ;

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Bogart, J. R. ;

Bonino, R. ;

Bottacini, E. ;

Bregeon, J. ;

Britto, R. J. ;

Bruel, P. ;

Buehler, R. ;

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Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

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Charles, E. ;

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Cheung, C. C. ;

Chiang, J. ;

Chiaro, G. ;

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Claus, R. ;

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Cutini, S. ;

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DeKlotz, M. ;

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Desiante, R. ;

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Bahcall, J. N. ;

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Berley, D. ;

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Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bouchta, A. ;

Braun, J. ;

Burgess, C. ;

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Castermans, T. ;

Cherwinka, J. ;

Chirkin, D. ;

Clem, J. ;

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Davour, A. ;

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De Clercq, C. ;

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DeYoung, T. ;

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Bruijn, R. ;

Brunner, J. ;

Busto, J. ;

Capone, A. ;

Caramete, L. ;

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Chiarusi, T. ;

Circella, M. ;

Coniglione, R. ;

Costantini, H. ;

Coyle, P. ;

Creusot, A. ;

Dekeyser, I. ;

Deschamps, A. ;

De Bonis, G. ;

Distefano, C. ;

Donzaud, C. ;

Dornic, D. ;

Drouhin, D. ;

Dumas, A. ;

Eberl, T. ;

Elsaesser, D. ;

Enzenhoefer, A. ;

Fehn, K. ;

Felis, I. ;

Fermani, P. ;

Folger, F. ;

Fusco, L. A. ;

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Gleixner, A. ;

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Breitling, F. ;

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Buehler, R. ;

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Feinstein, F. ;

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Gallant, Y. A. ;

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Glicenstein, J. F. ;

Goret, P. ;

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Heinzelmann, G. ;

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Bay, R ;

Barwick, SW ;

Becka, T ;

Becker, JK ;

Becker, KH ;

Bernardini, E ;

Bertrand, D ;

Biron, A ;

Boersma, DJ ;

Böser, S ;

Botner, O ;

Bouchta, A ;

Bouhali, O ;

Burgess, T ;

Carius, S ;

Castermans, T ;

Chirkin, D ;

Collin, B ;

Conrad, J ;

Cooley, J ;

Cowen, DF ;

Davour, A ;

De Clercq, C ;

DeYoung, T ;

Desitati, P ;

Dewulf, JP ;

Ekström, P ;

Feser, T ;

Gaug, M ;

Gaisser, TK ;

Ganugapati, R ;

Geenen, H ;

Gerhardt, L ;

Gross, A ;

Goldschmidt, A ;

Hallgren, A ;

Halzen, F ;

Hanson, K ;

Hardtke, R ;

Harenberg, T ;

Hauschildt, T ;

Helbing, K ;

Hellwig, M ;

Herquet, P ;

Hill, GC ;

Hubert, D ;

Hughey, B ;

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NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2004, 524 (1-3) :169-194

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