[论文解读] 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 5

一句话总结

本文展示了Baikal-GVD中微子望远镜在部分阵列部署早期阶段，通过级联模式搜寻高能天体中微子的初步结果。研究证明，该望远镜在从几TeV到100 PeV的能量范围内具备探测中微子引发级联的能力，其灵敏度与IceCube在早期建设阶段相当。

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.

研究动机与目标

• 利用Baikal-GVD中微子望远镜通过级联模式探测高能天体中微子。
• 评估部分部署的千米尺度中微子望远镜在识别中微子引发的电磁级联方面的能力。
• 建立Baikal-GVD在早期建设阶段对天体中微子通量的灵敏度。
• 比较Baikal-GVD与IceCube在相似部署阶段的探测能力。
• 通过识别潜在的高能中微子源，为多信使天体物理学的广泛努力做出贡献。

提出的方法

• 利用部署在贝加尔湖中的千米尺度光学模块阵列——Baikal-GVD中微子望远镜。
• 采用针对识别中微子在水中相互作用产生的电磁级联而优化的触发与重建链。
• 应用能量和角度重建算法，以区分信号事件与背景事件。
• 采用基于簇射拓扑结构和时间特性的事先数据背景抑制技术。
• 执行盲分析以避免事件选择和信号识别中的偏差。
• 将当前部分阵列配置的灵敏度与预期的天体中微子通量模型及IceCube结果进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 部分部署的Baikal-GVD阵列对高能中微子级联的灵敏度如何？
• RQ2 在早期建设阶段，Baikal-GVD能否探测到从几TeV到100 PeV能量范围内的天体中微子？
• RQ3 Baikal-GVD在级联模式下的性能与IceCube在相似部署水平下相比如何？
• RQ4 当前数据集中对级联样事件的背景抑制效率如何？
• RQ5 基于当前数据，对弥漫天体中微子通量的上限是多少？

主要发现

• 在当前部分阵列配置下，Baikal-GVD望远镜对从几TeV到100 PeV能量范围的高能中微子级联表现出灵敏度。
• Baikal-GVD对弥漫天体中微子通量的灵敏度与IceCube在相似部署阶段的灵敏度相当。
• 该分析实现了有效的背景抑制，从而能够清晰筛选出级联样事件。
• 数据中未观测到显著超出背景的事件过剩，因此得出了对弥漫中微子通量的上限。
• 对弥漫中微子通量的上限与天体物理模型预期及以往IceCube结果一致。
• 结果证实，即使在阵列建设的早期阶段，通过级联模式探测高能中微子是可行的。