[论文解读] No guaranteed neutrino astronomy without (enough) double bang tau and downward HESE muon tracks

Daniele Fargion, Pier Giorgio De Sanctis Lucentini+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2018

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 1

一句话总结

本文认为，IceCube在银河系平面和明亮伽马射电源中未能探测到明显的中微子信号，最合理的解释是大气底夸克背景占主导，而非天体物理tau中微子信号。作者表明，高能μ子数据中相关簇射与轨迹不对称性强烈支持底夸克产生是观测到的中微子通量的主要来源，从而削弱了在缺乏足够双碰tau事件及向下高能μ子轨迹事件的情况下保证中微子天文学成立的说法。

ABSTRACT

IceCube Neutrino Astronomy is considered. The tau neutrino flavor paucity and the asymmetry for the tracks suggest a dominant atmospheric charm noise. The correlated cascades and tracks asymmetry with relevant statistics enforce the charm noise dominance in the data. The charm signal may explain at once the absence of correlation for the tracks data with the galactic plane and with known brightest gamma sources.

研究动机与目标

• 解决IceCube数据中中微子与银河系平面及已知明亮伽马射电源之间缺乏明显关联的问题。
• 研究观测到的轨迹与簇射之间不对称性是否源于大气底夸克产生，而非天体物理tau中微子。
• 评估中微子信号与源之间缺乏关联是否意味着中微子天文学存在根本性限制，除非观测到特定事件特征（双碰tau与向下HESE μ子轨迹）。
• 评估底夸克产生是否能同时解释观测到的数据不对称性与tau中微子事件稀少的现象。

提出的方法

• 分析IceCube高能μ子轨迹数据与银河系平面及已知明亮伽马射电源之间的相关性。
• 检查数据中观测到的簇射与轨迹之间不对称性，以推断主导的中微子来源。
• 利用事件率与角分布的统计分析，检验大气底夸克是否主导于天体物理信号。
• 将观测到的事件模式与模拟的底夸克中微子产生进行比较，评估其与数据的一致性。
• 在轨迹与簇射探测效率的背景下，评估tau中微子出现与消失的作用。
• 评估双碰tau事件与向下高能μ子轨迹的重要性，作为确认天体物理中微子天文学的必要特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 IceCube数据中观测到的簇射与轨迹之间不对称性能否由大气底夸克产生解释？
• RQ2 为何IceCube高能中微子事件与银河系平面或已知明亮伽马射电源之间无显著相关性？
• RQ3 数据中tau中微子事件稀少在多大程度上表明底夸克产生占主导背景？
• RQ4 双碰tau事件与向下高能μ子轨迹是否为确认天体物理中微子源存在的必要条件？
• RQ5 底夸克产生能否同时解释与伽马射电源缺乏关联及观测到的轨迹-簇射不对称性？

主要发现

• IceCube数据中观测到的簇射与轨迹之间不对称性强烈表明大气底夸克背景占主导。
• 轨迹与银河系平面或已知明亮伽马射电源之间缺乏关联，与底夸克产生是中微子通量主要来源的假设一致。
• 数据中tau中微子事件稀少的现象，可由底夸克诱导背景远超天体物理tau中微子信号所解释。
• 具有足够统计量的关联簇射与轨迹数据支持结论：底夸克产生是观测到的高能中微子事件的主要来源。
• 对已知伽马射电源无探测信号的现象表明，若不观测到双碰tau事件与向下HESE μ子轨迹，当前数据可能不足以确认天体物理中微子天文学。
• 本研究结论认为，由于底夸克背景占主导，若缺乏足够双碰tau事件与向下高能μ子轨迹事件的探测，无法保证中微子天文学的实现。