We propose an interpretation of the two neutrino initiated cascade events with PeV energies observed by IceCube: Ultra-high energy cosmic ray protons (or Fe nuclei) scatter on CMB photons through the Delta-resonance (the Berezinsky-Zatsepin process) yielding charged pions and neutrons. The neutron decays give electron-antineutrinos which undergo neutrino oscillations to populate all antineutrino flavors, but the electron-antineutrino flux remains dominant. At 6.3 PeV electron-antineutrino energy their annihilation on electrons in the IceCube detector is enhanced by the Glashow resonance (the W-boson) whose decays can give the PeV showers observed in the IceCube detector. The two observed showers with ~1 PeV energies would need to be from W leptonic decays to electrons and taus. An order of magnitude higher event rate of showers at 6.3 PeV is predicted from W to hadron decays. This interpretation can be tested in the near term. It has significant physics implications on the origin of the highest energy cosmic rays, since neutrino events and cosmic ray events likely share a common origin.
New limits on neutrino decay from the Glashow resonance of high-energy cosmic neutrinos
发现中微子衰变将是物理学超越标准模型的有力证据。目前,中微子的寿命$τ$只有宽松的下限,为$τ/m \sim 10^{-3}$ s eV $^{-1}$或更低,其中$m$是未知的中微子质量。具有TeV-PeV能量的高能宇宙中微子,由于其宇宙尺度的基线,对衰变具有更高的灵敏度。为了利用它,我们采用了一种很有前途的方法,最近提出的,使用的marthow共振$\barν_e + e \to W$,触发的$\barν_e$的6.3 PeV,测试衰变只有少数检测到的事件。如果大部分的$ν_1$和$ν_2$在到达地球的途中衰变为$ν_3$,那么中微子望远镜中就不会发生共振,因为剩下的$ν_3$只有很小的电子味成分。我们扭转了这一局面,并利用最近首次检测到的冰立方中的一个新的共振候选人,把新的下限的寿命$ν_1$和$ν_2$。对于$ν_2$,我们的极限是目前最好的。对于$ν_1$,我们的极限接近目前的最佳值,并且随着第二次谐波共振的即将检测,将大大超过它。
The Glashow resonance at IceCube: signatures, event rates and $pp$ vs. $pγ$ interactions
我们重新审视了高能天体物理中微子观测站冰立方中的中微子共振过程$\barν_e e \to W$的特征。我们注意到,除了由入射中微子在$E_ν\approx 6.3$ PeV的共振能量下产生的标准强子和电磁簇射之外,还有两个清晰的过程信号:来自$\barν_e e \to \barν_μμ$的“纯μ子”和来自$\barν_e e \to \barν_ττ$的“包含的棒棒糖”。事件率和信号背景比(共振与并发非共振过程的比率)计算每种类型的相互作用,基于当前的扩散中微子通量的通量限制。由于共振附近的背景较低,即使预期的事件数量很小,只要观察到一个纯μ子或包含的棒棒糖事件,基本上就表明发现了共振。我们还评估了从河外弥漫中微子通量的Meshow共振的总事件率,并强调其效用作为一种发现工具,使这样的流量的第一次观测。我们发现,人们可以预期3.6(0.65)事件,每年为一个纯$pp$($pγ$)源,随着增加的贡献0.51(0.21)从非共振事件。我们还给出了结果作为$pp$与$pγ$源的比率的函数。
PeV neutrinos from the propagation of ultra-high energy cosmic rays
本文讨论了IceCube最近观测到的PeV中微子是河外宇宙射线在穿过辐射背景时相互作用产生的可能性。我们发现,从宇宙射线质子与CMB背景的相互作用中产生的中子衰变产生的通量被抑制($E_ν^2$ d $Φ_ν/$ d $E< 10^{-10}$ GeV/cm $^2$ s sr),与那些从与UV/光学/IR背景的相互作用中产生的π介子衰变产生的是在PeV能量占主导地位的。由重核与CMB光子的光致衰变产生的中子衰变所产生的反中微子通量也被证明是相当抑制的($E_ν^2$ d $Φ_ν/$ d $E< 10^{-11}$ GeV/cm $^2$ s sr),而由具有UV/光学/IR背景的光子π过程产生的反中微子通量可能更大,尽管它们预计不会高于纯质子情况下可实现的通量。混合成分和低截止刚度的情况下,可以导致PeV中微子通量增强相对于那些在纯铁的情况下。我们还讨论了可能的影响,为检测这些情况下,显示出它起着温和的作用的marthow共振。
Probing Neutrino Flavor Composition with the Glashow Resonance at Tau Air-Shower Neutrino Telescopes
University of Nevada Las Vegas(内华达大学拉斯维加斯分校);Nevada Center for Astrophysics (NCfA), University of Nevada Las Vegas(内华达天体物理学中心,内华达大学拉斯维加斯分校);Simon Fraser University(西蒙菲莎大学);Arthur B. McDonald Canadian Astroparticle Physics Research Institute(亚瑟·B·麦克唐纳加拿大粒子物理研究所)
Analysis of the 4-year IceCube high-energy starting events
经过四年的数据采集,冰立方中微子望远镜已经探测到54个高能起始事件(HESE,或包含顶点事件),其沉积能量超过20 TeV。它们代表了有史以来第一次探测到高能地外中微子,因此也是中微子天文学的第一步。为了研究到达地球的天体物理中微子流的能量、味道和各向同性,我们对两个不同的沉积能量区间[10 TeV $-$ 10 PeV]和[60 TeV $-$ 10 PeV]进行了不同的分析。我们首先考虑一个各向同性不间断的幂律谱,并限制其形状,归一化和风味成分。我们的结果与初步的IceCube结果一致,尽管我们得到了稍微柔和的光谱。我们还发现,目前的数据是不敏感的天体物理通量中可能的中微子反中微子不对称性。然后,我们表明,虽然两个组件的幂律模型导致一个稍微好一点的拟合,它并不代表一个显着的改善相对于一个单一的幂律通量。最后,我们分析了可能存在的南北不对称性,暗示的HESE样本与贯穿的μ子数据相结合。如果只使用HESE数据,来自北半球的稀缺统计数据不允许我们得出任何结论性的答案,这表明HESE样本本身并不能驱动潜在的南北不对称。