Atmospheric and astrophysical neutrinos above 1 TeV interacting in IceCube

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作者：

Aartsen, M. G. ^{[2
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Ackermann, M. ^{[53
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Adams, J. ^{[16
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Aguilar, J. A. ^{[25
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Ahlers, M. ^{[30
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Ahrens, M. ^{[43
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Altmann, D. ^{[24
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Anderson, T. ^{[50
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Arguelles, C. ^{[30
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Arlen, T. C. ^{[50
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Auffenberg, J. ^{[1
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Bai, X. ^{[41
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Barwick, S. W. ^{[27
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Baum, V. ^{[33
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Bay, R. ^{[8
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Beatty, J. J. ^{[18
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Tjus, J. Becker ^{[11
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Becker, K. -H. ^{[52
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BenZvi, S. ^{[30
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Berghaus, P. ^{[53
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Berley, D. ^{[17
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Bernardini, E. ^{[53
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Bernhard, A. ^{[14
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Besson, D. Z. ^{[28
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Binder, G. ^{[8
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Bindig, D. ^{[52
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Bissok, M. ^{[1
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Blaufuss, E. ^{[17
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Blumenthal, J. ^{[1
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Boersma, D. J. ^{[51
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Bohm, C. ^{[43
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Bos, F. ^{[11
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Bose, D. ^{[46
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Boeser, S. ^{[12
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Botner, O. ^{[51
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Brayeur, L. ^{[14
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Bretz, H. -P. ^{[53
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Brown, A. M. ^{[16
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Buzinsky, N. ^{[23
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Casey, J. ^{[5
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Casier, M. ^{[14
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Cheung, E. ^{[17
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Chirkin, D. ^{[30
,31
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Christov, A. ^{[25
]}

Christy, B. ^{[17
]}

Clark, K. ^{[47
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Classen, L. ^{[24
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Clevermann, F. ^{[22
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Coenders, S. ^{[36
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Cowen, D. F. ^{[49
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机构：

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

[2] Univ Adelaide, Sch Chem & Phys, Adelaide, SA 5005, Australia

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

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

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

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

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

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

[9] Univ Calif Berkeley, Lawrence Berkeley Natl Lab, Berkeley, CA 94720 USA

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

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

[12] Univ Bonn, Phys Inst, D-53115 Bonn, Germany

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

[14] Vrije Univ Brussel VIB, Dienst ELEM, B-1050 Brussels, Belgium

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

[16] Univ Canterbury, Dept Phys & Astron, Christchurch 1, New Zealand

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

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

[19] Ohio State Univ, Ctr Cosmol & Astro Particle Phys, Columbus, OH 43210 USA

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

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

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

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

[24] Univ Erlangen Nurnberg, Erlangen Ctr Astroparticle Phys, D-91058 Erlangen, Germany

[25] Univ Geneva, Dept phys nucl & corpusculaire, CH-1211 Geneva, Switzerland

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

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

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

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

[30] Univ Wisconsin, Dept Phys, Madison, WI 53706 USA

[31] Univ Wisconsin, Wisconsin IceCube Particle Astrophys Ctr, Madison, WI 53706 USA

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

[33] Johannes Gutenberg Univ Mainz, Inst Phys, D-55099 Mainz, Germany

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

[35] Univ Mons, B-7000 Mons, Belgium

[36] Tech Univ Mnchen, D-85748 Garching, Germany

[37] Univ Delaware, Bartol Res Inst, Newark, DE 19716 USA

[38] Univ Delaware, Dept Phys & Astron, Newark, DE 19716 USA

[39] Univ Oxford, Dept Phys, Oxford OX1 3NP, England

[40] Drexel Univ, Dept Phys, Philadelphia, PA 19104 USA

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

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

[43] Stockholm Univ, Oskar Klein Ctr, SE-10691 Stockholm, Sweden

[44] Stockholm Univ, Dept Phys, SE-10691 Stockholm, Sweden

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

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

[47] Univ Toronto, Dept Phys, Toronto, ON M5S 1A7, Canada

[48] Univ Alabama, Dept Phys & Astron, Tuscaloosa, AL 35487 USA

[49] Penn State Univ, Dept Astron & Astrophys, University Pk, PA 16802 USA

[50] Penn State Univ, Dept Phys, University Pk, PA 16802 USA

来源：

PHYSICAL REVIEW D | 2015年 / 91卷 / 02期

基金：

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

关键词：

HIGH-ENERGY NEUTRINOS; FLUX PREDICTIONS; INDUCED CASCADES; PROMPT LEPTONS; GAMMA-RAY; PERFORMANCE; SEARCH;

D O I：

10.1103/PhysRevD.91.022001

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

The IceCube Neutrino Observatory was designed primarily to search for high-energy (TeV-PeV) neutLrinos produced in distant astrophysical objects. A search for. greater than or similar to 100 TeV neutrinos interacting inside the instrumented volume has recently provided evidence for an isotropic flux of such neutrinos. At lower energies, IceCube collects large numbers of neutrinos from the weak decays of mesons in cosmic-ray air showers. Here we present the results of a search for neutrino interactions inside IceCube's instrumented volume between 1 TeV and 1 PeV in 641 days of data taken from 2010-2012, lowering the energy threshold for neutrinos from the southern sky below 10 TeV for the first time, far below the threshold of the previous high-energy analysis. Astrophysical neutrinos remain the dominant component in the southern sky down to a deposited energy of 10 TeV. From these data we derive new constraints on the diffuse astrophysical neutrino spectrum, Phi(v) = 2.06(-0.3)(+0.4) x 10(-18) (E-v = 10(5) GeV)-2.46 +/- 0.12GeV-1 cm(-2) sr(-1) s(-1) for 25 TeV < E-v < 1.4 PeV, as well as the strongest upper limit yet on the flux of neutrinos from charmed-meson decay in the atmosphere, 1.52 times the benchmark theoretical prediction used in previous IceCube results at 90% confidence.

引用

页数：16

共 82 条

[1] Observation of High-Energy Astrophysical Neutrinos in Three Years of IceCube Data [J].

Aartsen, M. G. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, M. ;

Altmann, D. ;

Anderson, T. ;

Arguelles, C. ;

Arlen, T. C. ;

Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K. -H. ;

BenZvi, S. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

Bretz, H. -P. ;

Brown, A. M. ;

Casey, J. ;

Casier, M. ;

Chirkin, D. ;

Christov, A. ;

Christy, B. ;

Clark, K. ;

Classen, L. ;

Clevermann, F. ;

Coenders, S. ;

Cowen, D. F. ;

Silva, A. H. Cruz ;

Danninger, M. ;

Daughhetee, J. ;

Davis, J. C. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 113 (10)

[2] Search for neutrino-induced particle showers with IceCube-40 [J].

Aartsen, M. G. ;

Abbasi, R. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Altmann, D. ;

Arguelles, C. ;

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Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

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Bernhard, A. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

Bretz, H. -P. ;

Brown, A. M. ;

Bruijn, R. ;

Casey, J. ;

Casier, M. ;

Chirkin, D. ;

Christov, A. ;

Christy, B. ;

Clark, K. ;

Classen, L. ;

Clevermann, F. ;

Coenders, S. ;

Cohen, S. ;

Cowen, D. F. ;

Silva, A. H. Cruz .

PHYSICAL REVIEW D, 2014, 89 (10)

[3] Search for a diffuse flux of astrophysical muon neutrinos with the IceCube 59-string configuration [J].

Aartsen, M. G. ;

Abbasi, R. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Altmann, D. ;

Arguelles, C. ;

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Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K. -H. ;

BenZvi, S. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

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Brayeur, L. ;

Bretz, H. -P. ;

Brown, A. M. ;

Bruijn, R. ;

Casey, J. ;

Casier, M. ;

Chirkin, D. ;

Christov, A. ;

Christy, B. ;

Clark, K. ;

Classen, L. ;

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[4] Energy reconstruction methods in the IceCube neutrino telescope [J].

Aartsen, M. G. ;

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Brown, A. M. ;

Bruijn, R. ;

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Casier, M. ;

Chirkin, D. ;

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JOURNAL OF INSTRUMENTATION, 2014, 9

[5] Probing the origin of cosmic rays with extremely high energy neutrinos using the IceCube Observatory [J].

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Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

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Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

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Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K. -H. ;

BenZvi, S. ;

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Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

Bretz, H. -P. ;

Brown, A. M. ;

Bruijn, R. ;

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Casier, M. ;

Chirkin, D. ;

Christov, A. ;

Christy, B. ;

Clark, K. ;

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Silva, A. H. Cruz ;

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[6] Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector [J].

Aartsen, M. G. ;

Abbasi, R. ;

Abdou, Y. ;

Ackermann, M. ;

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Alders, M. ;

Altmann, D. ;

Auffenberg, J. ;

Ba, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K-H. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

BenZvi, S. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Boliaichuk, S. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

Bretz, H-P. ;

Brown, A. M. ;

Bruijn, R. ;

Brunner, J. ;

Carson, M. ;

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Casier, M. ;

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[7] Measurement of the Atmospheric νe Flux in IceCube [J].

Aartsen, M. G. ;

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Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

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Bay, R. ;

Beattie, K. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K. -H. ;

Bell, M. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

BenZvi, S. ;

Berdermann, J. ;

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Berley, D. ;

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Bernhard, A. ;

Bertrand, D. ;

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Bindig, D. ;

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Blumenthal, J. ;

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Bohaichuk, S. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

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Brayeur, L. ;

Brown, A. M. ;

Bruijn, R. ;

Brunner, J. ;

Buitink, S. ;

Carson, M. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 110 (15)

[8] Search for Dark Matter Annihilations in the Sun with the 79-String IceCube Detector [J].

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Beattie, K. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K. -H. ;

Bell, M. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

BenZvi, S. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohaichuk, S. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

Brown, A. M. ;

Bruijn, R. ;

Brunner, J. ;

Buitink, S. ;

Carson, M. ;

Casey, J. ;

Casier, M. ;

Chirkin, D. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 110 (13)

[9] The design and performance of IceCube DeepCore [J].

Abbasi, R. ;

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Abu-Zayyad, T. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Allen, M. M. ;

Altmann, D. ;

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Bai, X. ;

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Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

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Caballero-Mora, K. S. ;

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Colnard, C. ;

Cowen, D. F. ;

Silva, A. H. Cruz ;

D'Agostino, M. V. .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2012, 35 (10) :615-624

[10] First search for atmospheric and extraterrestrial neutrino-induced cascades with the IceCube detector [J].

Abbasi, R. ;

Abdou, Y. ;

Abu-Zayyad, T. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

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Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

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Braun, J. ;

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Carson, M. ;

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PHYSICAL REVIEW D, 2011, 84 (07)

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共 82 条

[1] Observation of High-Energy Astrophysical Neutrinos in Three Years of IceCube Data [J].

Aartsen, M. G. ;

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Auffenberg, J. ;

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Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Beatty, J. J. ;

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Berley, D. ;

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Bernhard, A. ;

Besson, D. Z. ;

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Bindig, D. ;

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Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

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Brown, A. M. ;

Casey, J. ;

Casier, M. ;

Chirkin, D. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 113 (10)

[2] Search for neutrino-induced particle showers with IceCube-40 [J].

Aartsen, M. G. ;

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PHYSICAL REVIEW D, 2014, 89 (10)

[3] Search for a diffuse flux of astrophysical muon neutrinos with the IceCube 59-string configuration [J].

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Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brayeur, L. ;

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[4] Energy reconstruction methods in the IceCube neutrino telescope [J].

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[5] Probing the origin of cosmic rays with extremely high energy neutrinos using the IceCube Observatory [J].

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[6] Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector [J].

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[8] Search for Dark Matter Annihilations in the Sun with the 79-String IceCube Detector [J].

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Buitink, S. ;

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[9] The design and performance of IceCube DeepCore [J].

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Beattie, K. ;

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Bechet, S. ;

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Benabderrahmane, M. L. ;

BenZvi, S. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

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Besson, D. Z. ;

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Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bose, D. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Brown, A. M. ;

Buitink, S. ;

Caballero-Mora, K. S. ;

Carson, M. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clevermann, F. ;

Cohen, S. ;

Colnard, C. ;

Cowen, D. F. ;

Silva, A. H. Cruz ;

D'Agostino, M. V. .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2012, 35 (10) :615-624

[10] First search for atmospheric and extraterrestrial neutrino-induced cascades with the IceCube detector [J].

Abbasi, R. ;

Abdou, Y. ;

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Adams, J. ;

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Andeen, K. ;

Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Alba, J. L. Bazo ;

Beattie, K. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K-H ;

Benabderrahmane, M. L. ;

BenZvi, S. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

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Besson, D. Z. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

Boersma, D. J. ;

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Brown, A. M. ;

Buitink, S. ;

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Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

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Clevermann, F. ;

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Colnard, C. ;

Cowen, D. F. ;

D'Agostino, M. V. ;

Danninger, M. ;

Daughhetee, J. ;

Davis, J. C. .

PHYSICAL REVIEW D, 2011, 84 (07)

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