Observation of high-energy neutrinos from the galaxy and beyond

Haack, Christian; Wiebusch, Christopher (Thesis advisor); Mertsch, Philipp (Thesis advisor)

Aachen (2020) [Doktorarbeit]

Seite(n): 1 Online-Ressource (xiii, 233 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Kurzfassung

Das IceCube Neutrino Observatorium hat oberhalb von ~ 50TeV einen diffusen Fluss astrophysikalischer Neutrinos gemessen, dessen Größenordnung im Bereich der Waxman-Bahcall Grenze liegt. Dies legt einen Zusammenhang mit ultra-hochenergetischer kosmischer Strahlung und demnach einen extra-galaktischen Ursprung dieser Neutrinos nahe. Unterhalb von PeV-Energien wird ein Beitrag von Neutrinos erwartet, die in der Milchstraße durch den Zerfall geladener Pionen erzeugt werden, welche in Wechselwirkungen von kosmischer Strahlung mit Materie entstehen. Dieser diffuse, galaktische Neutrinofluss ist mit dem Fluss diffuser, galaktischer Gammastrahlung korreliert und enthält Informationen über Transport von galaktischer kosmischer Strahlung. Bei den höchsten Energien ist die resonante Produktion von W- Bosonen in Anti-Elektron-Neutrino - Elektron Wechselwirkungen bei 6.3PeV (die sog. Glashow-Resonanz) ein wichtiges Werkzeug zur Bestimmung der Eigenschaften des astrophysikalischen Neutrinoflusses. Nicht nur erhöht die Glashow-Resonanz die Wechselwirkungswahrscheinlichkeit von Anti-Elektron-Neutrinos mit Materie um zwei Größenordnungen, sie erlaubt auch die Unterscheidung von Neutrino und Anti-Neutrino Flüssen, welches einen Einblick in Neutrinoproduktionsprozesse ermöglicht. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Suche nach dem diffusen galaktischen Neutrinofluss mit der Hilfe von zwei Flussmodellen. Beide Modelltests ergeben Überfluktuationen, deren Signifikanz jedoch unter 2 sigma liegt. Die sich ergebenen oberen Grenzen schränken die Pionkomponente der diffusen galaktischen Emission in einem Energiebereich ein, der zur Zeit nicht für Experimente zur Messung der hochenergetischen Gammastrahlung erreichbar ist. Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Analyseeines Ereignisses, welches mit hoher Wahrscheinlichkeit durch die Glashow-Resonanzerzeugt wurde. Ergebnisse der Richtungs- und Energierekonstruktion dieses Ereignisses werden präsentiert. Mit diesem Ereignis wird zum ersten Mal eine Messung desastrophysikalischen Anti-Elektron-Neutrino-Flusses durchgeführt.

Identifikationsnummern

  • REPORT NUMBER: RWTH-2020-07059

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