Testing the Hadronuclear Origin of PeV Neutrinos Observed with IceCube
我们认为冰立方多余的强子核（PP）的中微子源，如星系团/集团和恒星形成星系的情况下的影响。由于观测到的中微子通量与费米获得的弥散伽马射线背景通量相当，我们对源谱指数设置了新的强上限，即Γ<2.1-2.2。此外，新的IceCube数据表明，这些源在100 GeV范围内至少贡献了30%-40%的漫射伽马射线背景，甚至在更软的光谱中贡献了~100%。我们的研究结果，这是不敏感的PP源模型的细节，是第一个强有力的例子，多信使方法相结合的测量中微子和伽马射线通量。冰立方过剩的pp起源可以通过以下方法进一步测试：用亚PeV中微子观测来约束Γ，揭示亚TeV弥散伽马射线背景，用TeV伽马射线探测器观测pp源。我们还讨论了特定的pp源模型与多PeV中微子的突破/截止，这是符合目前的IceCube数据。
2013-12-27 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Heavy right-handed neutrino dark matter and PeV neutrinos at IceCube
我们讨论了一个简单的非超对称模型的基础上的电弱规范群$SU(2)_L\times SU(2)^\prime\times U(1)_{B-L}$最轻的右手中微子，这是轻子的$SU(2)_L\times SU(2)^\prime\times U(1)_{B-L}$的双峰的一部分，发挥作用的长期不稳定的暗物质的质量在多PeV的范围。我们使用共振$s$通道湮灭来获得正确的热遗迹密度，并放松暗物质质量的么正性约束。在这个模型中，存在一个产生τ轻子和中微子的三体暗物质衰变模式，这可能是冰立方实验中观察到的PeV级联事件的来源。该模型可以在未来的数据中用更精确的最高能量中微子事件的味道信息进行测试。
2016-08-10 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
On The Origin of IceCube's PeV Neutrinos
IceCube合作最近报告了两个能量超过1 PeV的事件的观测结果。虽然目前还不能排除这些事件的大气起源，但这对簇射可能代表了高能天体物理中微子的首次观测。在本文中，我们认为，如果这些事件是中微子引起的，那么中微子很可能已经通过光介子相互作用产生的同一类天体，负责$\sim$ $10^{17}$ eV宇宙射线谱的加速。在这些宇宙射线的来源中，伽马射线暴特别突出，因为它特别能够产生PeV中微子，其水平与冰立方的两个事件所暗示的水平相同。相比之下，在典型的活动星系核模型中，辐射场可能由较低能量（UV）的光子主导，因此具有较高的π介子产生的能量阈值，导致中微子光谱在EeV而不是PeV能量处达到峰值（然而，具有显着X射线发射密度的模型可以避免这个问题）。由超高能宇宙射线传播产生的宇宙成因中微子的峰值能量也同样比冰立方报告的事件高得多。
2013-07-08 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Some possible sources of IceCube TeV-PeV neutrino events
冰立方合作组织已经观测到37个能量范围为$30\, TeV\leq E_ν \leq 2$ PeV的中微子事件，这些中微子的来源尚不清楚。在这里，我们已经表明，12个高能量耀变体的位置和FR-I星系半人马座A的位置在10个IceCube事件的误差圆内重合，后者在IceCube迄今为止观测到的最高能量事件的误差圆内。上述两颗耀变体同时位于望远镜阵列热点和一个冰立方事件的误差圆内。我们发现耀变体H2356 - 309在三个冰立方事件的误差范围内。我们认为，费米加速的高能质子与同步加速器/SSC背景光子在这些高能耀变体和活动星系核的核区域的光强子相互作用可能是负责一些观察到的冰立方事件。
2015-08-31 astro-ph.HE hep-ph
IceCube PeV-EeV Neutrinos and Secret Interactions of Neutrinos
我们发现，冰立方探测到的PeV中微子提出了独特的约束的“秘密”的中微子与宇宙中微子背景（C $ν$ B）的相互作用。对于介导玻色子质量$m_{X} \lesssim 2$ MeV，耦合必须为$g <0.03$;对于$m_{X} \gtrsim 20$ MeV，耦合必须为$g/m_{X} < 5$ GeV;对于中间玻色子质量$^{-1}$，耦合必须为$g/m_{X} < 0.07$ GeV。我们还研究了中微子级联通过升级C $ν$ B将高能中微子降解为PeV能量的可能性，由于能量守恒，PeV中微子的能量通量可以与Waxman-Bahcall束缚或宇宙成因中微子通量相一致。然而，一个大的耦合是必需的，这是不利的实验室衰变约束。PeV-EeV中微子的抑制是对Askaryan射电阵列的一个可检验的预测。
2014-06-06 astro-ph.HE hep-ph
Testing the Dark Matter Scenario for PeV Neutrinos Observed in IceCube
超重暗物质的晚期衰变被认为是在冰立方观测到的弥散PeV中微子的可能解释之一。我们认为多信使约束的影响，并表明，所提出的模型是勉强符合漫射伽马射线背景数据。通过详细分析和识别费米观测到的亚TeV各向同性扩散伽马射线数据以及HAWC或Tibet AS+MD等天文台未来对亚PeV伽马射线的观测，可以进行关键测试。此外，通过下一代望远镜（如IceCube-Gen 2）的几年观测，μ子中微子对附近暗物质晕（如室女星系团）的搜索应该使我们能够排除或支持暗物质模型，而不依赖于伽马射线和各向异性测试。
2015-08-12 astro-ph.HE hep-ph
TANAMI Blazars in the IceCube PeV Neutrino Fields
冰立方合作组织宣布发现了超过大气背景的中微子通量。由于急剧下降的大气背景光谱，PeV能量的事件最有可能是外星起源。我们提出的多波长特性的六个无线电最亮的耀变体的位置与这些事件一致，使用同期的数据的TANAMI耀变体样本，包括高分辨率图像和光谱能量分布。假设X射线到γ射线的辐射来源于加速质子光生π介子，那么这些辐射源的中微子光度的综合预测值就足以解释这两个观测到的PeV事件。
2014-06-18 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
PeV IceCube signals and $H_0$ tension in the framework of Non-Local Gravity
我们研究了非本地重力修正对最近发现的冰立方合作报告高能中微子通量检测到的能量为PeV的可能影响。考虑到四维算符$\sim y_{αχ}\bar{L_{α}}\, H\, χ$，只要宇宙学背景中存在非局域修正，就有可能解释冰立方中微子速率和暗物质丰度。此外，该机制可以成为解决$H_0$紧张局势问题的自然途径。
2022-06-08 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
PeV scale Supersymmetry breaking and the IceCube neutrino flux
在冰立方观测到的极高能量中微子事件引起了天体物理学和粒子物理学领域的广泛关注。据推测，这些高能中微子可能来自纯粹的传统天体物理来源，或者来自超重（PeV尺度）暗物质（DM）粒子的晚期衰变。为了使衰变的DM成为冰立方高能中微子的主要来源，它需要DM与中微子的耦合值受到异常抑制。我们试图解释这种小的耦合的上下文中的$R$宇称守恒的最小超引力模型，右手中微子超场。在PeV尺度下的超伴子质量的主要假设以及比PeV尺度大不了多少的再加热温度下，我们在我们的模型中发现了几个自然数量级的“奇迹”，（i）引力子是通过冻结产生的，作为具有正确残余密度的DM候选者（ii）右手（RH）中微子只占很小的一部分（$10^{-6})$，宇宙的能量密度，但它的衰变寿命的引力子和中微子是这样的，它自然预测正确的数量级的冰立方中微子流量。RH超中微子的长寿命是由全局$R$对称性的存在所解释的，这种对称性只在超对称性破缺效应下才被破缺。我们的模型还预测了100 TeV的伽马射线的通量从衰减的RH sneutrino是在目前的观测约束。
2018-09-06 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Neutron β-decay as the origin of IceCube's PeV (anti)neutrinos
在IceCube的第一个三年等效数据集中，我们研究了天体物理（反）中微子通量（在PeV能量范围内）可能源于相对论中子的β衰变的可能性。我们表明，为了适应冰立方观测，在能量十年10^{8.5} \alt E_{CR} /GeV \alt 10^{9.5}$中，只需要观测到大约1%到10%的发射宇宙射线，在地球上产生反中微子（10^{5.5} \alt E_{\bar ν} /GeV \alt 10^{6.5}）。假设次级质子在强度为10 \alt B/nG \alt 100、相干长度为\alt Mpc的河外磁场中扩散，次级质子的磁屏蔽作用可以解释这种强抑制。
2014-12-24 astro-ph.HE hep-ph
PeV Neutrino Events at IceCube from Single Top-Quark Production
通过核子中虚$W$ -玻色子与$b$ -夸克或$s$ -夸克部分子的相互作用，产生单个顶夸克或粲夸克，可以潜在地增强极高能中微子的深度非弹性散射。单顶贡献在中微子能量高于0.5 PeV时急剧上升，在10 PeV时截面贡献约为5%，而单粲的能量阈值较低，贡献约为25%。top和charm的半轻子衰变产生了双μ子事例，并给出了它们的运动学特征。在IceCube探测器中，双μ子与重夸克产生的角分离可以达到一度。顶夸克的产生有一个独特但罕见的三μ子信号。
2017-05-10 astro-ph.HE hep-ph
Geometric Compatibility of IceCube TeV-PeV Neutrino Excess and its Galactic Dark Matter Origin
我们执行的冰立方TeV-PeV中微子过剩的天空图的几何分析，并测试其与我们的银河系中的衰变暗物质信号的天空图的兼容性。使用Kolmogorov-Smirnov和似然比检验，我们发现，观察到的事件天空图更倾向于有一个银河系的暗物质和均匀的背景贡献的组合，相比纯粹的银河系的暗物质的起源。由于假设银河系的暗物质是所有中微子过剩的原因，目前的数据也可以排除广泛的暗物质的轮廓，除了平坦的轮廓，如等温的。我们还考虑了几个有代表性的衰变暗物质光谱，这可以提供一个很好的拟合观测光谱在冰立方与暗物质的寿命约12个数量级以上的宇宙年龄。
2013-11-22 astro-ph.HE hep-ph
PeV IceCube signals and Dark Matter relic abundance in modified cosmologies
IceCube实验发现了能量为PeV量级的高能天体物理中微子通量，为天体粒子物理学开辟了新的场景。解释这种现象的一种可能性是考虑暗物质（DM）衰变的最小模型，即四维算子$\sim y_{αχ}\overline{L_{L_α}}\, H\, χ$，它也能够产生宇宙中DM的正确丰度。假设宇宙学背景是按照标准宇宙学模型演化的，那么得到正确的DM遗迹丰度（$Γ_χ\sim 10^{-58}$）所需的DM衰变率$Γ_χ\sim |y_{αχ}|^2$与解释冰立方数据（$Γ_χ\sim 10^{-25}$）所需的DM衰变率相差很多个数量级，这使得四维算子不适用。在本文中，我们表明，假设早期宇宙演化是由一个修改的宇宙学，DM衰变率之间的差异可以调和，冰立方中微子率和遗迹密度可以在一个极小模型解释。
2018-04-19 astro-ph.CO astro-ph.HE
Extreme High-Energy Neutrinos: IceCube vs. KM3NeT
本文回顾了IceCube和KM3NeT望远镜在极高能中微子探测上的架构与性能，重点分析了5 PeV以上的近期候选事件，并探讨了能量重建方法、观测差异及未来对天体物理源与宇宙学中微子的研究前景。
2025-09-16 astro-ph.HE hep-ex
Characterization of the PeV astrophysical neutrino energy spectrum with IceCube using down-going tracks
冰立方中微子天文台观测到了天体物理学中微子的扩散通量，能量从TeV到几PeV。最近的冰立方分析对PeV中微子的灵敏度有限，因为向上的中微子通量被地球衰减，而极高能量（EHE）的结果仅针对10 PeV以上的宇宙成因中微子。在这项工作中，我们提出了一个新的事件选择，填补了1 PeV和10 PeV之间的差距。该样本是从8年的数据中选取高能下行贯通轨道得到的。为了降低大气μ子背景，实现高的信号背景比，我们结合两种技术。第一种技术选择具有高随机性的事件，因为由中微子产生的单个μ子比大气μ子束损失更多的随机性，大气μ子束的能量损失由于大μ子多重性而变得平滑。第二种技术使用IceTop表面阵列作为大气背景事件的否决。为了表征天体物理学中微子通量并测试中微子能谱在几个PeV处是否存在截止点，将通过将该样本与7年高能起始事件（HESE）分析的结果相结合来进行全局拟合。
2021-07-29 astro-ph.HE
Cosmic-Ray Neutrinos from the Decay of Long-Lived Particle and the Recent IceCube Result
受最近IceCube实验结果的启发，我们研究了长寿命粒子衰变产生的高能宇宙线中微子流。由于中微子是如此透明，过去产生的高能中微子也可能对现在的中微子通量有贡献。我们指出，冰立方观测到的PeV中微子事件可能起源于比PeV重得多的粒子的衰变，如果它的寿命比现在的宇宙时间短。结果表明，造成冰立方事件的粒子质量可达$\sim 10^{10}\ {\rm GeV}$。我们还讨论了几种可能性，以获得有关的长寿粒子的寿命的信息。
2013-12-21 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
PeV-EeV neutrinos from GRB blastwave in IceCube and future neutrino telescopes
超高能宇宙射线（UHECR）在伽马射线暴（GRB）冲击波中被加速后，与长寿命的GRB余辉光子相互作用，有望产生PeV-EeV中微子。这些中微子通量的详细光谱和时间特性取决于GRB爆炸波演化方案，但可以持续数天至数年的时间尺度，而与即时伽马射线发射同时发生的“爆发”中微子通量的时间尺度为数秒至数分钟，并且IceCube将其限制在$\sim$ 50 TeV-2 PeV范围内。我们计算预期的中微子事件在冰立方PeV-EeV范围内的爆炸波的长持续时间的GRB，无论是扩散通量和个别GRB在附近的宇宙。我们表明，冰立方将能够检测到弥漫的伽玛暴爆炸波中微子通量5年后的操作，并将能够区分它从宇宙成因的中微子通量所产生的GZK过程的情况下，UHECR是重核。我们还表明，EeV中微子从一个单独的GRB的冲击波可以检测到长期监测的未来高能量扩展的IceCube红移高达$z\sim 0.5$。
2015-01-18 astro-ph.HE
Improved Gamma-Hadron Separation for PeV Photon Searches with IceCube (ICRC 2025)
The IceCube Collaboration（IceCube合作组）
本研究结合IceTop表面阵列与IceCube深部光学探测器，利用强子簇射含高能μ子、光子簇射多无μ子的特性及横向分布信息，将PeV能段伽马-强子分离提升至优于10⁻³，拓展低能段后为搜寻PeV光子源提供了发现潜力。
2025-07-08 astro-ph.HE
Stringent constraint on neutrino Lorentz-invariance violation from the two IceCube PeV neutrinos
有人推测，洛伦兹不变性破坏（LIV）可能是由量子引力（QG）效应产生的。因此，粒子可能不会以光速的普适速度传播。特别是，超光速的河外中微子会通过电子-正电子对（nu -> nu e+ e-）的碰撞迅速失去能量，将它们的初始能量衰减到电磁级联中，这一数字受到费米-LAT数据的限制。我们发现，冰立方最近探测到的两个能量约为1 PeV的级联中微子事件--如果归因于河外扩散事件，看起来很可能--可以在中微子扇区中对LIV施加最强的束缚，即delta =（v^2-1）< O（10^（-18）），对应于线性（二次）LIV的QG标度M_QG ~ 10 ^5 M_Pl（M_QG >~ 10^（-4）M_Pl），至少对于诱导超光速中微子效应（delta > 0）的模型是这样。
2013-06-25 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Double pulses and cascades above 2 PeV in IceCube
冰立方合作已经看到了一个意想不到的人口与天体物理起源兼容的高能中微子。我们考虑了两类可以帮助诊断宇宙中微子的事件：双脉冲，这可能使我们能够清楚地区分τ中微子的宇宙成分;沉积能量高于2 PeV的级联，包括格拉肖共振中电子反中微子产生的事件，可用于研究中微子产生机制。我们表明，一半的双脉冲信号是由于中微子光谱区域已经探测冰立方。通过对HESE数据进行归一化，我们发现需要10年以上才能获得90%的概率观察到双脉冲。2 PeV以上的级联为我们提供了一个灵敏的探测中微子光谱的高能量尾部，并有可能观察到，但即使在这种情况下，对源的类型的依赖是温和的。事实上，我们发现pp或p γ机制在2 PeV以上的级联数量上的差异约为25%，在大约50年的数据采集中，可以在2 σ处区分。
2016-01-12 astro-ph.HE
Dark Matter scenarios at IceCube
最近IceCube合作组对6年上升μ介子中微子的研究和多信使分析支持了TeV-PeV中微子扩散通量的双分量假设。根据天体物理幂律的陡度，冰立方数据中的过剩显示在能量范围10-100 TeV（低能过剩）或PeV（高能过剩）。在这两种情况下，我们的特点是一个双组分中微子通量衰变暗物质粒子提供了一个贡献的冰立方观测。
2017-02-13 astro-ph.HE hep-ph
Multi-PeV Signals from a New Astrophysical Neutrino Flux Beyond the Glashow Resonance
冰立方中微子的发现被三次$E_ν$ ~ 1-2 PeV的流星雨打断。在更高的能量下，人们对可能的通量很感兴趣，尽管$E_ν$ ~ 6 PeV的显著不足意味着共振事件意味着光谱是软的和/或在~几PeV以下截止。然而，IceCube最近报告了一个沉积了2.6 $\pm$ 0.3 PeV的贯穿轨道事件。一个μ子沉积如此多的能量可能意味着$E_{ν_μ} \gtrsim$ 10 PeV。我们表明，延长软$E_ν^{-2.6}$频谱拟合TeV-PeV数据是不可能产生这样的事件。或者，tau可以沉积这么多能量，尽管需要高出$E_{ν_τ}$约10倍。我们发现，这两种情况都暗示了一种新的通量，$ν_μ$和$ν_τ$能量的层次结构表明，如果是τ，则在$E_ν$ ~ 100 PeV处有一个进入天体物理中微子的窗口。我们解决的影响，包括超高能宇宙射线和中微子的起源。
2018-06-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Carpet-2 search for PeV gamma rays associated with IceCube high-energy neutrino events
地毯-2是位于俄罗斯巴克桑谷的一个空气簇射阵列，配备了一个大面积（175平方米）的μ子探测器，这使得从强子中分离初级光子成为可能。本文报道了在Carpet-2卫星3080天的观测数据中，对能量E_γ>1 PeV的与冰立方高能中微子事件有定向联系的初级光子的初步研究结果。
2018-12-17 astro-ph.HE
The Direct Detection of Boosted Dark Matter at High Energies and PeV events at IceCube
我们研究了直接通过一个小的，但充满活力的组件，允许在当今的限制检测暗物质的可能性。密切的事实，即中性电流中微子核子相互作用是不可区分的DM核子相互作用在低能量下，我们将这一功能扩展到高能量的一个小的，非热的，但高能量的人口DM粒子$χ$，通过一个显着更大的质量和寿命长的非热遗迹$ϕ$，形成了大部分的DM衰变创建。如果$χ$与核子相互作用，它的截面，像中微子-核相干截面一样，可以随着能量急剧上升，导致深度非弹性散射，类似于高能时的中性流中微子-核子相互作用。因此，它的直接检测可能通过级联在非常大的中微子探测器。作为一个具体的例子，我们应用这个概念，最近报道的三个超高能量PeV级联事件聚集在$1-2$ PeV在冰立方（IC）。我们讨论的功能，这可能有助于区分这种情况下，只有天体物理中微子构成的事件样本，如IC探测器。
2015-03-14 astro-ph.HE hep-ph
Measurement of All Flavor PeV Neutrino Flux using Combined Datasets from IceCube
本研究利用 IceCube 基于神经网络的包含与未包含级联事件筛选（有效面积提升约3倍）及更新的大气背景建模，阐明 1 TeV 至 100 PeV 天体物理中微子能谱特征。
2025-08-07 astro-ph.HE
On the non-detection of Glashow resonance in IceCube
电子反中微子在回旋共振（GR，在$E_{\bar ν_e} \sim 6.3$ PeV）有一个增加的概率被检测到。目前冰立方探测到三个能量范围在（1-2）PeV的中微子，人们可以预期应该探测到大约1到4 GR的$\barν_e$。冰立方探测到的高能$\sim 8.7$ PeV μ子中微子可能不是GR事件。如果是这样的话，我们希望检测到50到70 GR的$\barν_e$，那么就会有一个“缺失的格拉肖共振问题”。这表明：（1）$pγ$相互作用而不是$pp$相互作用是产生观测到的冰立方高能中微子的主要通道;（2）多π $pγ$相互作用受到抑制;（3）$pγ$发射区的磁场和光子能量密度使得$μ^+$在衰变前发生显著的冷却，而$π^+$在衰变前基本上不会冷却。
2018-07-27 astro-ph.HE hep-ph
TeV-PeV neutrino-nucleon cross section measurement with 5 years of IceCube data
本文提出了一种利用地球对中微子的吸收测量TeV-PeV能区中微子-核子深度非弹性散射（DIS）截面的新方法。我们分析了从2011年5月到2016年5月用完整的IceCube探测器收集的五年数据。分析的重点是电磁和强子簇射（级联）主要由电子和τ中微子。所应用的事件选择具有对大气μ子的高本底抑制（低于60 TeV的本底污染< 10%，高于60 TeV的无本底）和高信号效率（~ 80%）。最终的中微子样本由4808个事件组成，其中402个事件超过10 TeV的重建能量。展开的方法，使重建级联参数，如能量和天顶映射到真正的中微子变量。分析是假设各向同性的天体物理中微子通量，在七个能量箱，并在两个天顶箱（“下行”从南半球和“上行”从北半球）。下行事件与上行事件（在高能时被地球吸收）的比值对中微子-核子截面敏感，但对天体物理中微子通量不确定性不敏感。
2018-09-18 astro-ph.HE hep-ex
Shadow dark matter, sterile neutrinos and neutrino events at IceCube
IceCube合作观测到的高能中微子的过剩可能来源于暗镜区重阴影重子的重子数违反衰变产生阴影中微子。然后，这些无菌中微子振荡成普通中微子，并将其光谱的特定特征转移给它们。特别地，这种情况可以解释2 PeV以上的频谱的末端以及400 TeV和1 PeV之间的能隙的存在。
2015-06-30 astro-ph.HE hep-ph
Photohadronic Origin of the TeV-PeV Neutrinos Observed in IceCube
我们执行一个公正的搜索的起源最近观察到的28个事件以上的~30 TeV的冰立方中微子天文台，假设这些（除了大气背景）的天体物理起源产生的光强子相互作用。而不是依赖于中微子通量的归一化，我们证明，光谱形状和风味组成可以用来约束或识别源类。为了量化我们的观察，我们使用的模型，其中的目标光子产生的同步辐射的共同加速的电子，我们包括磁场效应的次级μ介子，π介子和K介子。我们发现，缺乏观测到的事件的能量远大于PeV指向源与强磁场，这并不表现出最高的宇宙射线和中微子能量之间的直接相关性。虽然最简单的活动星系核模型与有效的质子加速合理地描述了目前的数据在约3sigma的置信水平，我们表明，冰立方可以排除所观察到的中微子干的超高能宇宙射线的来源，一个因素增加了10倍，如果目前的观测得到证实，在超过5sigma的统计。一个可能的警告是具有强磁场和高洛伦兹因子的源，例如以磁能为主的伽马射线暴。
2013-09-30 astro-ph.HE hep-ph
TeV-PeV Neutrinos from Low-Power Gamma-Ray Burst Jets inside Stars
我们研究了伽马射线暴和超新星的前身核内部的准直喷流中高能中微子的产生，同时考虑了准直和内部冲击。我们得到简单，有用的约束，使用经常被忽视的一点，粒子的冲击加速是无效的辐射介导的冲击。经典伽马射线暴可能太强大，无法在恒星内部产生高能中微子，这与冰立方没有探测到的情况一致。我们发现，超长伽玛暴避免这样的限制和检测TeV信号将支持巨人的祖先。对低功率伽玛暴类（包括低光度伽玛暴）的预测与冰立方可能探测到的天体物理中微子背景一致，在PeV附近光谱变陡。这些模型可以用未来的伽玛射线暴监测器进行测试。
2013-09-27 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Cosmic-Ray Physics in the PeV to EeV Energy Range with the IceCube-Gen2 Surface Array (ICRC 2025)
Bartol Research Institute, Department of Physics and Astronomy, University of Delaware（特拉华大学巴托尔物理与天文学研究所）；Institute for Astroparticle Physics, Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院高能粒子物理研究所）
本研究介绍了拟建于南极的IceCube-Gen2表面阵列的技术设计，它通过高架双探测器设计、更大的面积与视场提升性能，将为PeV至EeV能段银河系宇宙线及PeV光子源搜寻等研究提供支撑。
2025-07-08 astro-ph.HE
Constraining Superluminal Electron and Neutrino Velocities using the 2010 Crab Nebula Flare and the IceCube PeV Neutrino Events
Ice Cube报告的两个PeV级中微子事件的观察原则上可以允许人们对中微子部门的洛伦兹不变性违反（LIV）进行限制。首先，我认为至少有一个冰立方事件是河外起源，推导出一个上限为{ \it的差异}之间的推定超光速中微子和电子速度的$\le \sim 5.6 \times 10^{-19}$在单位$c = 1$，确认所观察到的PeV中微子可能已经到达地球从河外来源。我进一步推导出一个新的约束的超光速电子速度，从同步辐射的观测蟹状星云耀斑的2010年9月。由耀斑同步辐射产生的$>$ 1 GeV $γ$ -射线是由能量高达$\sim 5.1$ PeV的电子产生的，这一推论表明这些电子不存在真空中的库伦科夫辐射。这意味着对超光速电子速度$δ_e \le \sim 5 \times 10^{-21}$有一个新的强约束。紧接着，我们就得到了超光速中微子速度的上限（仅\it）为$δ_ν \le \sim 5.6 \times 10^{-19}$，比SN 1987 A中微子爆发的飞行时间约束要好许多个数量级。然而，如果电子是{ \it subluminal}，那么从蟹状星云$γ$射线谱得到的对$|δ_e| \le \sim 8 \times 10^{-17}$的约束，对超光速中微子速度$δ_ν \le \sim 8 \times 10^{-17}$的约束就比较弱。
2014-02-12 astro-ph.HE hep-ph
W-boson and trident production in TeV--PeV neutrino observatories
探测TeV-PeV宇宙中微子为中微子物理学和天体物理学提供了至关重要的测试。冰立方的统计数据和更大的冰立方-Gen 2需要计算中微子-原子核相互作用，这种相互作用低于深度非弹性散射，这是由弱玻色子与原子核的耦合介导的。最大的这种相互作用是W-玻色子和三叉戟的产生，这是通过光子耦合到原子核来介导的。在一篇配套论文[1]中，我们对高能下的这些相互作用进行了最全面和精确的计算。在本文中，我们研究他们的现象学后果。我们发现：（1）这些相互作用主要由携带大部分中微子能量的壳层W玻色子的产生所控制;（2）在水/铁上的截面可达带电电流深度非弹性散射的7.5%/14%，远大于后者的不确定性;（3）地球上的衰减增加了15%，（4）对于最佳拟合的IceCube光谱，核上W玻色子的产生超过了电子上的回旋共振，其系数为$\simeq$ 20。（5）主要信号是簇射，这将显著影响IceCube-Gen 2的检测率;一小部分事件给出了可能更快检测到的独特特征。
2020-02-19 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Cosmic Ray Spectrum and Composition from PeV to EeV from the IceCube Neutrino Observatory
南极冰立方中微子观测站是一个多成分探测器，能够测量PeV至EeV的宇宙射线能谱和成分，该能量区域通常被认为涵盖了从银河系到河外的宇宙射线源的过渡。表面的IceTop阵列对空气簇射的电磁部分敏感，而深层冰阵列检测空气簇射的高能（TeV）μ子分量。IceTop的重建簇射尺寸参数S $_{125}$被展开成高统计的全粒子能谱。此外，对于穿过两个阵列的空气簇射，在冰中重建的μ子能量损失信息与S $_{125}$在机器学习算法中相结合，以同时提取元素组的所有粒子能谱和单个谱。的所有粒子的光谱以及光谱的个别元素组。
2019-08-21 astro-ph.HE
Long-lived PeV-EeV Neutrinos from GRB Blastwave
长时间的伽马射线暴是一种强大的能量源，可以将粒子加速到超高能量。质子在高度相对论性伽玛射线暴爆炸波的前向冲击波中的加速，允许通过超高能质子与X射线到伽玛射线暴余辉发射的可见光子的双离子相互作用产生PeV-EeV中微子。四种不同的爆炸波的演变方案被认为是：绝热和完全辐射的爆炸波在一个恒定的密度环爆介质和在风的环境中的粒子密度在风中递减反比的半径的平方从中心的爆炸。中微子流的持续时间取决于爆炸波的演化，在恒密度介质中的绝热爆炸波的情况下，中微子流的持续时间可以长达一天。中微子通量从其他三个爆炸波的演变方案也计算。使用观测到的长持续时间GRB速率计算的扩散中微子通量与最近IceCube对PeV以下的提示GRB中微子通量的上限是一致的。解释IceCube最近探测到的两个PeV中微子事件所需的扩散中微子通量可以部分来自所提出的GRB爆炸波扩散通量。IceCube的未来观测和即将到来的巨大无线电Askaryan实验将能够探测这里提出的通量模型或限制GRB爆炸波的性质。
2013-10-22 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Propagation of Superluminal PeV IceCube Neutrinos: A High Energy Spectral Cutoff or New Constraints on Lorentz Invariance Violation
冰立方观测宇宙中微子与$E_ν > 60$ TeV，其中大部分可能是河外起源，允许严格限制洛伦兹不变性违反（LIV）的中微子部门，允许超光速中微子的可能存在。真空$e^+e^-$对发射（VPE）引起的中微子能量损失强烈依赖于LIV的强度。在本文中，我们探讨超光速中微子传播的物理和宇宙学。我们考虑中微子源红移分布的保守方案。然后，通过传播一个通用的中微子光谱，使用Monte Carlo技术，考虑到从VPE和红移的能量损失，我们得到了目前最好的约束LIV参数涉及中微子。我们发现$δ_{νe} = δ_ν - δ_e \le 5.2 \times 10^{-21}$。利用$δ_e \le 5 \times 10^{-21}$，我们得到了$1.0 \times 10^{-20}$中单独中微子的超光速分数的上限。有趣的是，通过采用$δ_{νe} = 5.2 \times 10^{-21}$，我们得到了预测的中微子光谱在2 PeV以上的截止，这与在这些能量下观察到的中微子的缺乏是一致的，特别是在6.3 PeV的中微子共振能量。因此，这样的截止可能是中微子稍微超光速的结果，$δ_ν$是$(0.5 \ {\rm to} \ 1.0) \times 10^{-20}$。
2014-06-12 astro-ph.HE hep-ph
Anisotropy of TeV and PeV cosmic rays with IceCube and IceTop
高能宇宙射线与地球大气层的相互作用产生了大量含有大量μ子成分的次级粒子的空气簇射。通过利用中微子望远镜对高能μ子的灵敏度，有可能使用这些探测器进行精确的宇宙射线研究。宇宙射线μ介子事件的高速率提供了高统计数据样本，可用于在千分之一水平上寻找母粒子到达方向的各向异性。本文报道了用IceCube中微子望远镜在20-400 TeV能量范围内在多个角尺度上收集的宇宙线数据中各向异性的观测结果。来自位于冰立方上方冰面上的IceTop空气淋浴阵列的新数据显示出与高能冰立方结果一致的各向异性。冰顶对大范围空气簇射的所有成分的敏感性将使我们能够更详细地探索与所观察到的各向异性相关的初级宇宙射线的特征。
2012-05-17 astro-ph.HE
IceCube events and decaying dark matter: hints and constraints
根据新的冰立方数据（尚未确定）的天体物理中微子通量在PeV和次PeV范围内，我们提出了一个更新的状态衰减暗物质解释的事件。特别是，我们进一步发展的角分布分析，并讨论了诊断的前景。通过进行各种统计测试（极大似然，Kolmogorov-Smirnov和Anderson-Darling测试），我们得出结论，目前的数据显示出轻微的偏好（低于两个西格玛水平）的角分布预计从暗物质衰变与各向同性分布预测的传统天体物理流量的河外起源。此外，我们简要地开发一些一般性的考虑重暗物质模型的建设和预期的衰变产物的能谱与冰立方数据的兼容性，以及与现有的伽玛射线的界限。或者，假设冰立方的数据来自传统的天体物理学来源，我们推导出各种最终状态的衰减和湮灭暗物质的界限。重暗物质寿命的下限相对于现有的限制提高了一个数量级，最终使这些事件-即使是天体物理学的起源-成为天体粒子物理学研究的重要工具。
2015-01-08 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
Diffuse flux of PeV neutrinos from centrifugally accelerated protons in active galactic nuclei
高能天体物理学PeV中微子的证据已经在IceCube实验中通过分析7.5年（2010 - 2017）的数据发现。活动星系核（AGN）是宇宙中最突出的天体之一，被广泛推测是质子占主导地位的超高能（UHE）宇宙射线的发射体。基于标准的两步LLCD粒子加速机制，活动星系核中心超大质量黑洞（SMBH）的旋转产生了能量向高能质子的转换。质子可以被加速到$\sim 0.1$ EeV或更高的能量，并可能通过合理的强子相互作用产生能量范围为$1$- $10$ ~ PeV的PeV中微子。采用活动星系核光度函数（LF）的“光度依赖密度演化（LDDE）”模型，理论上估计的修正的河外扩散μ介子中微子通量与IceCube水平一致，只要活动星系核总热光度（BL）的一小部分$6.56\%$可实现为PeV中微子提供能量。在具有LDDE模型LF和光子指数分布的$Λ$ ~CDM宇宙学框架中，约占总BL的$5.18\%$足以为冰立方中微子提供能量.
2022-01-03 astro-ph.CO astro-ph.HE
Observation of TeV-PeV cosmic ray anisotropy with IceCube, IceTop and AMANDA
在TeV-PeV能量范围内对宇宙线各向异性的研究可以为我们银河系附近宇宙射线的起源和传播提供线索。由于观测到的各向异性非常小，低于千分之一水平，因此需要大的事件体积以足够详细地表征它。在过去的六年里，冰立方天文台已经收集了1500亿次宇宙射线引起的μ子事件。这个大的数据样本使得有可能检测到南半球的各向异性，下降到10 $^{-5}$水平，在初级能量超过10 TeV。所观察到的各向异性不是简单的偶极子，但它可以被描述为由球谐展开的多极分量组成，约为10 $^{\circ}$。在100 TeV以上的宇宙线到达分布的拓扑结构的变化被观察到。收集的数据与空气淋浴阵列IceTop超过300 TeV确认PeV的能量尺度的意见。此外，加上2000年至2007年期间运行的AMANDA中微子望远镜收集的数据，使我们能够搜索观测到的TeV各向异性的时间变化。
2013-08-01 astro-ph.HE
Star-forming galaxies as the origin of the IceCube PeV neutrinos
恒星形成星系，由于它们的恒星形成率高，因此其中有大量的超新星遗迹，是巨大的宇宙射线（CR）库。这些CR与星系中的气体碰撞，并通过$pp$碰撞产生高能中微子。在本文中，我们计算中微子的生产效率在恒星形成的星系考虑现实的星系性质，如气体密度和星系风的恒星形成的星系。为了计算中微子累积通量，我们使用了最近由{ \em Herschel} PEP/HerMES巡天获得的恒星形成星系的红外光度函数。假设恒星形成星系中的超新星遗迹或超新星遗迹可以将质子加速到EeV能量，那么在恒星形成星系中产生PeV中微子的CR的强度可以用观测到的EeV的CR通量（{1\，EeV = $10^{18}\,$ eV}）进行归一化。我们的计算表明，在合理假设星系中的CR约束时间的情况下，恒星形成星系中CR产生的累积中微子辐射可以解释亚PeV/PeV中微子的通量和光谱。
2015-03-23 astro-ph.HE
Hidden Cosmic-Ray Accelerators as an Origin of TeV-PeV Cosmic Neutrinos
最新的冰立方数据表明，在30 TeV附近，全宇宙中微子通量可能高达10^-7 GeV/cm^2/s/sr。我们表明，如果源的TeV-PeV中微子是透明的伽马射线相对于双光子湮没，强烈的紧张局势与各向同性扩散的伽马射线费米测量的背景是不可避免的，独立的生产机制。我们进一步表明，如果冰立方中微子有一个光强子（pgamma）的起源，源预计是不透明的1-100 GeV的伽马射线。有了这些一般的多信使参数，我们发现，最新的数据表明，人口的宇宙射线加速器隐藏在GeV-TeV的伽马射线作为中微子的起源。X射线和MeV的伽马射线对应物的探测器受到鼓励，TeV-PeV中微子本身将作为致密源环境的特殊探测器。
2016-02-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Hunting the Glashow Resonance with PeV Neutrino Telescopes
这是一个很好的共振散射，$i.e$。${\overlineν^{}_{e} + e^{-} \rightarrow W^{-} \rightarrow \text{anything}}$，为我们提供了从总的天体物理中微子流中分离出$\overlineν^{}_{e}$的可能性。与此同时，大量具有各种探测机制的高能中微子望远镜正在朝着更好地了解宇宙中最具活力的前沿之一的方向发展。在这项工作中，我们调查之间的连接，在冰立方和通过通道$W^{-} \rightarrow μ$的微波共振信号通过去μ子。我们发现，对于冰立方，μ子从$\overlineν^{}_{e}$可以诱导$\sim20\%$过剩的PeV事件周围的水平方向。然而，IceCube目前的统计数据还不足以观察到这种过度。我们还解决了新的可能性$\overlineν^{}_{e}$检测通过$W^{-} \rightarrow τ$的望远镜，旨在检测地球掠过和穿山中微子。τ星随后的强子衰变将引起广泛的空气簇射，这可以通过切伦科夫望远镜或荧光技术检测到。与冰立方类似，观察掠过地球的中微子的超共振也是一项挑战。然而，我们发现，它是有希望的，以山为目标，观察到的共振事件。
2020-03-14 astro-ph.HE hep-ph
Cosmic Ray Spectrum and Composition from PeV to EeV Using 3 Years of Data From IceTop and IceCube
我们报告测量的所有粒子宇宙射线的能量谱和成分的PeV到EeV的能量范围内使用三年的数据从冰立方中微子天文台。冰顶探测器测量宇宙射线在冰表面引起的空气簇射，通过对质量组成进行额外的假设，确定宇宙射线的能谱。当冰顶数据与来自冰立方探测器的高能μ子能量损失信息相一致时，进行单独的测量。在这种测量中，原始宇宙射线的光谱和质量组成都是使用一个神经网络同时重建的，该网络是在两个探测器的观测值上训练的。这两种不同的分析的性能和相对优势进行了讨论，包括系统的不确定性和强子相互作用模型的依赖性，以及所有粒子的光谱，以及个别光谱的元素组。
2019-11-12 astro-ph.HE
PeV Neutrinos from Ultra-High-Energy Cosmic Rays
我们研究了IceCube最近探测到的TeV-PeV中微子事件可能起源于河外超高能宇宙线与宇宙微波背景或紫外/光学/红外背景的相互作用。这是通过模拟宇宙射线从其源到观测者的传播来实现的，包括次级中微子和伽马射线的产生和传播。为此，我们使用公开可用的模拟包CRPropa 2.0。我们发现，在这里考虑的所有情况下，模拟的中微子通量水平仍然低于IceCube事件所指示的通量水平至少一个数量级，从而表明它是很难解释的宇宙成因中微子通量方面的IceCube事件。
2014-07-24 astro-ph.HE
Spectrum of PeV Cosmic-Ray Protons and Helium Nuclei with IceCube
Institute of Experimental Particle Physics, Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院实验粒子物理研究所）
本文提出从 200 TeV 起重建宇宙线质子和氦核联合能谱的方法，利用 IceCube 与 IceTop 数据填补轻宇宙线在 TeV 至 PeV 能区的测量空白。
2025-11-07 astro-ph.HE
Measuring the Astrophysical Galactic Plane Neutrino Flux and Searching for Galactic PeVatrons using the IceCube Multi-Flavor Astrophysical Neutrino Sample
本研究利用IceCube 12.3年全味中微子样本ICEMAN测量银道面中微子通量，并通过模板法和点源法搜寻银河系PeVatron，以探究宇宙射线加速机制。
2025-09-08 astro-ph.HE
IceCube PeV neutrinos from heavy dark matter decay with 12 years HESE data
本文提出IceCube PeV中微子源于重暗物质衰变，通过QCD级联和电弱修正计算中微子通量，并利用12年HESE数据拟合出暗物质质量约9.4×10^6 GeV、寿命约4.2×10^28秒，且轻子道贡献极小。
2025-05-28 astro-ph.HE hep-ph
Spectral and Spatial Distortions of PeV Neutrinos from Scattering with Dark Matter
我们研究了由于与银河系内外的暗物质的散射对高能中微子的光谱和分布的影响，重点是IceCube实验观察到的能量高达几个PeV的中微子。如果这些中微子来自银河系外的天体物理源，那么在传输过程中与暗物质粒子的散射将延迟它们到达地球。这导致了它们的光谱在散射截面所设定的能量处截止，这使得我们可以对截面$σ$设置一个上限，对于质量为m的暗物质粒子，在$σ$ < 10^{-17} x（m / GeV）x（E / PeV）^2 cm ^2的水平上，截面$σ$随能量E增加。一旦这些中微子进入我们的银河系，大的暗物质密度会导致进一步的散射，特别是朝向银河系中心。有趣的是，我们发现对于$σ$ ~ 10^{-22} x（m / GeV）x（E / PeV）^2 cm ^2，天空中中微子的分布有一小簇事件朝向星系中心，这可能解释了冰立方在这个区域看到的~2 sigma过量，而不需要星系源。
2015-05-07 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Diffuse neutrinos from extragalactic supernova remnants: Dominating the 100 TeV IceCube flux
冰立方测量了TeV-PeV中微子的扩散天体物理通量。最合理的来源是独特的高能宇宙射线加速器，如超新星遗迹（HNR）和星爆星系中的伽马射线暴遗迹，它们可以产生具有所需能量和丰度的初级宇宙射线。然而，在这种情况下，比HNR丰富得多的普通超新星遗迹（SNRs）在高达100-150 TeV的能量范围内产生相当或更大的中微子通量，这意味着冰立方信号在这些能量附近的光谱中断。高达这一百TeV能量的扩散通量中的SNR贡献提供了一个自然的基线，然后约束预期的PeV通量。
2015-05-18 astro-ph.HE hep-ph
Does the 220 PeV Event at KM3NeT Point to New Physics?
Oklahoma State University（俄克拉荷马州立大学）
研究通过分析KM3NeT和IceCube观测到的高能中微子事件差异，探讨中微子振荡中可能的新物理机制，提出 sterile-to-active 转换可能缓解观测矛盾。
2026-03-14 astro-ph.HE hep-ph
Galactic PeV Neutrinos
冰立方实验已经探测到两个能量在1-10 PeV之间的中微子。它们可能来自银河系或银河系外的宇宙射线源。在目前的工作中，我们考虑的强子相互作用的弥漫非常高的能量宇宙射线与我们的银河系内的星际物质来解释PeV中微子事件在冰立方检测。我们还预计，随着PeV中微子事件的PeV伽马射线事件，如果观察到的PeV中微子产生在我们的银河系内的强子相互作用。PeV伽马射线不太可能从我们银河系以外的来源到达我们，因为宇宙背景辐射产生了对。我们认为，在未来的PeV的伽马射线和中微子的同时检测，它将有可能区分银河系和河外起源的非常高的能量中微子。
2013-07-16 astro-ph.HE
Cosmic Neutrino Pevatrons: A Brand New Pathway to Astronomy, Astrophysics, and Particle Physics
冰立方合作组织宣布观测到28个宇宙中微子候选者，这一消息引起了人们的极大兴奋。到目前为止，报告的数据与预期的大气中微子背景相差4.3σ，这提出了一个明显的问题：“这些中微子来自宇宙的哪里？“我们回顾了文献中探索的许多可能性来解决这个问题，包括银河系或河外天体的起源。为了完整起见，我们还简要讨论了新的物理过程，这些过程可以解释冰立方数据，也可以受到冰立方数据的约束。
2014-01-31 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Clash of the Titans: ultra-high energy KM3NeT event versus IceCube data
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Fermilab（费米国家加速器实验室）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；University of Oregon（俄勒冈大学）
本研究量化了KM3NeT探测到的超高能中微子事件与IceCube未观测到类似事件之间的张力，表明该事件可能来自新的天体物理源。
2026-10-01 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
