Methods and stability tests associated with the sterile neutrino search using improved high-energy ${\nu }_{\mu }$ event reconstruction in IceCube

Journal Article · Thu Nov 14 00:00:00 EST 2024 · Physical Review. D.

DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.110.092009· OSTI ID:2477465

Abbasi, R.; Ackermann, M.; Adams, J.; Agarwalla, S. K.; Aguilar, J. A.; Ahlers, M.; Alameddine, J. M.; Amin, N. M.; Andeen, K.; Argüelles, C.; Ashida, Y.; Athanasiadou, S.; Ausborm, L.; Axani, S. N.; Bai, X.; Balagopal, A.; Baricevic, M.; Barwick, S. W.; Bash, S.; Basu, V. ; Bay, R.; Beatty, J. J.; Becker Tjus, J.; Beise, J.; Bellenghi, C.; Benning, C.; BenZvi, S.; Berley, D.; Bernardini, E.; Besson, D. Z.; Blaufuss, E.; Bloom, L.; Blot, S.; Bontempo, F.; Book Motzkin, J. Y.; Boscolo Meneguolo, C.; Böser, S.; Botner, O.; Böttcher, J.; Braun, J.; Brinson, B.; Brostean-Kaiser, J.; Brusa, L.; Burley, R. T.; Butterfield, D.; Campana, M. A.; Caracas, I.; Carloni, K.; Carpio, J.; Chattopadhyay, S.; Chau, N.; Chen, Z.; Chirkin, D.; Choi, S.; Clark, B. A.; Coleman, A.; Collin, G. H.; Connolly, A.; Conrad, J. M.; Coppin, P.; Corley, R.; Correa, P.; Cowen, D. F.; Dave, P.; De Clercq, C.; DeLaunay, J. J.; Delgado, D.; Deng, S.; Desai, A.; Desiati, P.; de Vries, K. D.; de Wasseige, G.; Diaz, A.; Díaz-Vélez, J. C.; Dierichs, P.; Dittmer, M.; Domi, A.; Draper, L.; Dujmovic, H.; Dutta, K.; DuVernois, M. A.; Ehrhardt, T.; Eidenschink, L.; Eimer, A.; Eller, P.; Ellinger, E.; El Mentawi, S.; Elsässer, D.; Engel, R.; Erpenbeck, H.; Evans, J.; Evenson, P. A.; Fan, K. L.; Fang, K.; Farrag, K.; Fazely, A. R.; Fedynitch, A.; Feigl, N.; Fiedlschuster, S.; Finley, C.; Fischer, L.; Fox, D.; Franckowiak, A.; Fukami, S.; Fürst, P.; Gallagher, J.; Ganster, E.; Garcia, A.; Garcia, M.; Garg, G.; Genton, E.; Gerhardt, L.; Ghadimi, A.; Girard-Carillo, C.; Glaser, C.; Glüsenkamp, T.; Gonzalez, J. G.; Goswami, S.; Granados, A.; Grant, D.; Gray, S. J.; Gries, O.; Griffin, S.; Griswold, S.; Groth, K. M.; Günther, C.; Gutjahr, P.; Ha, C.; Haack, C.; Hallgren, A.; Halve, L.; Halzen, F.; Hamdaoui, H.; Ha Minh, M.; Handt, M.; Hanson, K.; Hardin, J.; Harnisch, A. A.; Hatch, P.; Haungs, A.; Häußler, J.; Helbing, K.; Hellrung, J.; Hermannsgabner, J.; Heuermann, L.; Heyer, N.; Hickford, S.; Hidvegi, A.; Hill, C.; Hill, G. C.; Hoffman, K. D.; Hori, S.; Hoshina, K.; Hostert, M.; Hou, W.; Huber, T.; Hultqvist, K.; Hünnefeld, M.; Hussain, R.; Hymon, K.; Ishihara, A.; Iwakiri, W.; Jacquart, M.; Janik, O.; Jansson, M.; Japaridze, G. S.; Jeong, M.; Jin, M.; Jones, B. J. P.; Kamp, N.; Kang, D.; Kang, W.; Kang, X.; Kappes, A.; Kappesser, D.; Kardum, L.; Karg, T.; Karl, M.; Karle, A.; Katil, A.; Katz, U.; Kauer, M.; Kelley, J. L.; Khanal, M.; Khatee Zathul, A.; Kheirandish, A.; Kiryluk, J.; Klein, S. R.; Kochocki, A.; Koirala, R.; Kolanoski, H.; Kontrimas, T.; Köpke, L.; Kopper, C.; Koskinen, D. J.; Koundal, P.; Kovacevich, M.; Kowalski, M.; Kozynets, T.; Krishnamoorthi, J.; Kruiswijk, K.; Krupczak, E.; Kumar, A.; Kun, E.; Kurahashi, N.; Lad, N.; Lagunas Gualda, C.; Lamoureux, M.; Larson, M. J.; Latseva, S.; Lauber, F.; Lazar, J. P.; Lee, J. W.; Leonard DeHolton, K.; Leszczyńska, A.; Liao, J.; Lincetto, M.; Liu, Y. T.; Liubarska, M.; Lohfink, E.; Love, C.; Lozano Mariscal, C. J.; Lu, L.; Lucarelli, F.; Luszczak, W.; Lyu, Y.; Madsen, J.; Magnus, E.; Mahn, K. B. M.; Makino, Y.; Manao, E.; Mancina, S.; Marie Sainte, W.; Mariş, I. C.; Marka, S.; Marka, Z.; Marsee, M.; Martinez-Soler, I.; Maruyama, R.; Mayhew, F.; McNally, F.; Mead, J. V.; Meagher, K.; Mechbal, S.; Medina, A.; Meier, M.; Merckx, Y.; Merten, L.; Micallef, J.; Mitchell, J.; Montaruli, T.; Moore, R. W.; Morii, Y.; Morse, R.; Moulai, M.; Mukherjee, T.; Naab, R.; Nagai, R.; Nakos, M.; Naumann, U.; Necker, J.; Negi, A.; Neste, L.; Neumann, M.; Niederhausen, H.; Nisa, M. U.; Noda, K.; Noell, A.; Novikov, A.; Obertacke Pollmann, A.; O’Dell, V.; Oeyen, B.; Olivas, A.; Orsoe, R.; Osborn, J.; O’Sullivan, E.; Pandya, H.; Park, N.; Parker, G. K.; Paudel, E. N.; Paul, L.; Pérez de los Heros, C.; Pernice, T.; Peterson, J.; Philippen, S.; Pizzuto, A.; Plum, M.; Pontén, A.; Popovych, Y.; Prado Rodriguez, M.; Pries, B.; Procter-Murphy, R.; Przybylski, G. T.; Raab, C.; Rack-Helleis, J.; Ravn, M.; Rawlins, K.; Rechav, Z.; Rehman, A.; Reichherzer, P.; Resconi, E.; Reusch, S.; Rhode, W.; Riedel, B.; Rifaie, A.; Roberts, E. J.; Robertson, S.; Rodan, S.; Roellinghoff, G.; Rongen, M.; Rosted, A.; Rott, C.; Ruhe, T.; Ruohan, L.; Ryckbosch, D.; Safa, I.; Saffer, J.; Salazar-Gallegos, D.; Sampathkumar, P.; Sandrock, A.; Santander, M.; Sarkar, S.; Sarkar, S.; Savelberg, J.; Savina, P.; Schaile, P.; Schaufel, M.; Schieler, H.; Schindler, S.; Schlüter, B.; Schlüter, F.; Schmeisser, N.; Schmidt, T.; Schneider, J.; Schröder, F. G.; Schumacher, L.; Sclafani, S.; Seckel, D.; Seikh, M.; Seo, M.; Seunarine, S.; Sevle Myhr, P.; Shah, R.; Shefali, S.; Shimizu, N.; Silva, M.; Skrzypek, B.; Smithers, B.; Snihur, R.; Soedingrekso, J.; Søgaard, A.; Soldin, D.; Soldin, P.; Sommani, G.; Spannfellner, C.; Spiczak, G. M.; Spiering, C.; Sponsler, C.; Stamatikos, M.; Stanev, T.; Stezelberger, T.; Stürwald, T.; Stuttard, T.; Sullivan, G. W.; Taboada, I.; Ter-Antonyan, S.; Terliuk, A.; Thiesmeyer, M.; Thompson, W. G.; Thwaites, J.; Tilav, S.; Tollefson, K.; Tönnis, C.; Toscano, S.; Tosi, D.; Trettin, A.; Turcotte, R.; Twagirayezu, J. P.; Unland Elorrieta, M. A.; Upadhyay, A. K.; Upshaw, K.; Vaidyanathan, A.; Valtonen-Mattila, N.; Vandenbroucke, J.; van Eijndhoven, N.; Vannerom, D.; van Santen, J.; Vara, J.; Veitch-Michaelis, J.; Venugopal, M.; Vereecken, M.; Verpoest, S.; Veske, D.; Vijai, A.; Walck, C.; Wang, A.; Weaver, C.; Weigel, P.; Weindl, A.; Weldert, J.; Wen, A. Y.; Wendt, C.; Werthebach, J.; Weyrauch, M.; Whitehorn, N.; Wiebusch, C. H.; Williams, D. R.; Witthaus, L.; Wolf, A.; Wolf, M.; Wrede, G.; Xu, X. W.; Yanez, J. P.; Yildizci, E.; Yoshida, S.; Young, R.; Yu, S.; Yuan, T.; Zhang, Z.; Zhelnin, P.; Zilberman, P.; Zimmerman, M.

We provide supporting details for the search for a $3+1$ sterile neutrino using data collected over 10.7 years at the IceCube Neutrino Observatory. The analysis uses atmospheric muon-flavored neutrinos from 0.5 to 100 TeV that traverse Earth to reach the IceCube detector and finds a best-fit point at ${\sin }^2\left(2{\theta }_{24}\right)=0.16$ and $\mathrm{\Delta }{m}_{41}^2=3.5{\mathrm{eV}}^2$ with a goodness-of-fit p value of 12% and consistency with the null hypothesis of no oscillations to sterile neutrinos with a p value of 3.1%. Several improvements were made over past analyses, which are reviewed in this article, including upgrades to the reconstruction and the study of sources of systematic uncertainty. We provide details of the fit quality and discuss stability tests that split the data for separate samples, comparing results. We find that the fits are consistent between split datasets.

Published by the American Physical Society 2024

• Research Organization: Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States)
• Sponsoring Organization: US Department of Energy; USDOE; USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP) (SC-25)
• Grant/Contract Number: AC02-05CH11231
• OSTI ID: 2477465
• Alternate ID(s): OSTI ID: 2584224
• Journal Information: Physical Review. D., Journal Name: Physical Review. D. Journal Issue: 9 Vol. 110; ISSN PRVDAQ; ISSN 2470-0010
• Publisher: American Physical Society
• Country of Publication: United States
• Language: English