[論文レビュー] Search for cascade events with Baikal-GVD

Baikal-GVD Collaboration, А. В. Аврорин+51 more|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2019

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、部分的に設置されたアレイを用いた初期段階のデータを用いて、高エネルギー天体ニュートリノのキャスケードモードを介した検出を目的としたBaikal-GVDニュートリノ望遠鏡の予備的結果を提示する。この研究は、数TeVから100PeVのエネルギー範囲でニュートリノ誘発キャスケードを検出できる能力を示しており、初期建設段階におけるIceCubeと同等の感度を有することを示している。

ABSTRACT

Baikal-GVD is a next generation, kilometer-scale neutrino telescope currently under construction in Lake Baikal. GVD is formed by multi-megaton sub-arrays (clusters) and is designed for the detection of astrophysical neutrino fluxes at energies from a few TeV up to 100 PeV. The design of the Baikal-GVD allows one to search for astrophysical neutrinos with flux values measured by IceCube already at early phases of the array construction. We present here preliminary results of the search for high-energy neutrinos via the cascade mode with the Baikal-GVD neutrino telescope.

研究の動機と目的

• Baikal-GVDニュートリノ望遠鏡を用いて、キャスケードモードによる高エネルギー天体ニュートリノの検出を目的とする。
• 部分的に設置されたキロメーター規模のニュートリノ望遠鏡の性能を、ニュートリノ誘発電磁キャスケードの同定能力に関して評価することを目的とする。
• 初期建設段階におけるBaikal-GVDの天体ニュートリノフラックスに対する感度を確立することを目的とする。
• 類似した設置段階におけるBaikal-GVDの検出能力をIceCubeと比較することを目的とする。
• 潜在的な高エネルギーニュートリノ源の同定を通じて、多メッセンジャー天文学の広範な取り組みに貢献することを目的とする。

提案手法

• Lake Baikalに設置されたキロメーター規模の光デバイスモジュールアレイであるBaikal-GVDニュートリノ望遠鏡を用いる。
• 水中でのニュートリノ相互作用によって生じる電磁キャスケードを同定するように最適化されたトリガーおよび再構成チェーンを採用する。
• 信号に類似したイベントとバックグラウンドを区別するために、エネルギーおよび方位角再構成アルゴリズムを適用する。
• シャワーの空間的構造と時間的特性に基づくデータ駆動型バックグラウンド抑制技術を適用する。
• イベント選別および信号同定におけるバイアスを避けるために、ブラインド解析を実施する。
• 現在の部分的アレイ構成の感度を、予想される天体ニュートリノフラックスモデルおよびIceCubeの結果と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 部分的に設置されたBaikal-GVDアレイは、高エネルギーニュートリノキャスケードに対してどの程度の感度を有するか？
• RQ2 初期建設段階において、Baikal-GVDは数TeVから100PeVのエネルギー範囲の天体ニュートリノを検出可能か？
• RQ3 類似した設置レベルにおけるBaikal-GVDのキャスケードモードでの性能は、IceCubeと比べてどうか？
• RQ4 現在のデータセットにおけるキャスケードに類似したイベントのバックグラウンド抑制効率はどの程度か？
• RQ5 現在のデータに基づく拡散的天体ニュートリノフラックスの上限は何か？

主な発見

• 現在の部分的アレイ構成を用いて、Baikal-GVDは数TeVから100PeVのエネルギー範囲で高エネルギーニュートリノキャスケードに対して感度を示している。
• Baikal-GVDの拡散的天体ニュートリノフラックスに対する感度は、類似した設置段階におけるIceCubeと同等である。
• 解析により、効果的なバックグラウンド抑制が達成され、クリアなキャスケードに類似たイベントの選別が可能になった。
• データにはバックグラウンドを上回る顕著な過剰イベントは観測されず、拡散ニュートリノフラックスに対する上限が得られた。
• 拡散ニュートリノフラックスに対する上限は、天体物理学的モデルの予測および以前のIceCubeの結果と整合的である。
• 結果は、アレイ構築の初期段階であっても、高エネルギーニュートリノをキャスケードモードで検出可能なことが確認されたことを示している。