Search for Heavy Neutral Leptons with IceCube DeepCore
Fuente:
arXiv
Gespeichert in:
| Hauptverfasser: | , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , |
|---|---|
| Format: | Preprint |
| Veröffentlicht: |
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| _version_ | 1866910825696985088 |
|---|---|
| author | Abbasi, R. Ackermann, M. Adams, J. Agarwalla, S. K. Aguilar, J. A. Ahlers, M. Alameddine, J. M. Amin, N. M. Andeen, K. Argüelles, C. Ashida, Y. Athanasiadou, S. Axani, S. N. Babu, R. Bai, X. V., A. Balagopal Baricevic, M. Barwick, S. W. Bash, S. Basu, V. Bay, R. Beatty, J. J. Tjus, J. Becker Beise, J. Bellenghi, C. BenZvi, S. Berley, D. Bernardini, E. Besson, D. Z. Blaufuss, E. Bloom, L. Blot, S. Bontempo, F. Motzkin, J. Y. Book Meneguolo, C. Boscolo Böser, S. Botner, O. Böttcher, J. Braun, J. Brinson, B. Brisson-Tsavoussis, Z. Brostean-Kaiser, J. Brusa, L. Burley, R. T. Butterfield, D. Campana, M. A. Caracas, I. Carloni, K. Carpio, J. Chattopadhyay, S. Chau, N. Chen, Z. Chirkin, D. Choi, S. Clark, B. A. Coleman, A. Coleman, P. Collin, G. H. Connolly, A. Conrad, J. M. Corley, R. Cowen, D. F. De Clercq, C. DeLaunay, J. J. Delgado, D. Deng, S. Desai, A. Desiati, P. de Vries, K. D. de Wasseige, G. DeYoung, T. Díaz-Vélez, J. C. Dierichs, P. Dittmer, M. Domi, A. Draper, L. Dujmovic, H. Durnford, D. Dutta, K. DuVernois, M. A. Ehrhardt, T. Eidenschink, L. Eimer, A. Eller, P. Ellinger, E. Mentawi, S. El Elsässer, D. Engel, R. Erpenbeck, H. Esmail, W. Evans, J. Evenson, P. A. Fan, K. L. Fang, K. Farrag, K. Fazely, A. R. Fedynitch, A. Feigl, N. Fiedlschuster, S. Finley, C. Fischer, L. Fox, D. Franckowiak, A. Fukami, S. Fürst, P. Gallagher, J. Ganster, E. Garcia, A. Garcia, M. Garg, G. Genton, E. Gerhardt, L. Ghadimi, A. Girard-Carillo, C. Glaser, C. Glüsenkamp, T. Gonzalez, J. G. Goswami, S. Granados, A. Grant, D. Gray, S. J. Griffin, S. Griswold, S. Groth, K. M. Guevel, D. Günther, C. Gutjahr, P. Ha, C. Haack, C. Hallgren, A. Halve, L. Halzen, F. Hamacher, L. Hamdaoui, H. Minh, M. Ha Handt, M. Hanson, K. Hardin, J. Harnisch, A. A. Hatch, P. Haungs, A. Häußler, J. Helbing, K. Hellrung, J. Hermannsgabner, J. Heuermann, L. Heyer, N. Hickford, S. Hidvegi, A. Hill, C. Hill, G. C. Hmaid, R. Hoffman, K. D. Hori, S. Hoshina, K. Hostert, M. Hou, W. Huber, T. Hultqvist, K. Hünnefeld, M. Hussain, R. Hymon, K. Ishihara, A. Iwakiri, W. Jacquart, M. Jain, S. Janik, O. Jansson, M. Jeong, M. Jin, M. Jones, B. J. P. Kamp, N. Kang, D. Kang, W. Kang, X. Kappes, A. Kappesser, D. Kardum, L. Karg, T. Karl, M. Karle, A. Katil, A. Katz, U. Kauer, M. Kelley, J. L. Khanal, M. Zathul, A. Khatee Kheirandish, A. Kiryluk, J. Klein, S. R. Kobayashi, Y. Kochocki, A. Koirala, R. Kolanoski, H. Kontrimas, T. Köpke, L. Kopper, C. Koskinen, D. J. Koundal, P. Kowalski, M. Kozynets, T. Krieger, N. Krishnamoorthi, J. Krishnan, T. Kruiswijk, K. Krupczak, E. Kumar, A. Kun, E. Kurahashi, N. Lad, N. Gualda, C. Lagunas Lamoureux, M. Larson, M. J. Lauber, F. Lazar, J. P. DeHolton, K. Leonard Leszczyńska, A. Liao, J. Lincetto, M. Liu, Y. T. Liubarska, M. Love, C. Lu, L. Lucarelli, F. Luszczak, W. Lyu, Y. Madsen, J. Magnus, E. Mahn, K. B. M. Makino, Y. Manao, E. Mancina, S. Mand, A. Sainte, W. Marie Mariş, I. C. Marka, S. Marka, Z. Marsee, M. Martinez-Soler, I. Maruyama, R. Mayhew, F. McNally, F. Mead, J. V. Meagher, K. Mechbal, S. Medina, A. Meier, M. Merckx, Y. Merten, L. Mitchell, J. Montaruli, T. Moore, R. W. Morii, Y. Morse, R. Moulai, M. Mukherjee, T. Naab, R. Nakos, M. Naumann, U. Necker, J. Negi, A. Neste, L. Neumann, M. Niederhausen, H. Nisa, M. U. Noda, K. Noell, A. Novikov, A. Pollmann, A. Obertacke O'Dell, V. Olivas, A. Orsoe, R. Osborn, J. O'Sullivan, E. Palusova, V. Pandya, H. Park, N. Parker, G. K. Parrish, V. Paudel, E. N. Paul, L. Heros, C. Pérez de los Pernice, T. Peterson, J. Pizzuto, A. Plum, M. Pontén, A. Popovych, Y. Rodriguez, M. Prado Pries, B. Procter-Murphy, R. Przybylski, G. T. Pyras, L. Raab, C. Rack-Helleis, J. Rad, N. Ravn, M. Rawlins, K. Rechav, Z. Rehman, A. Resconi, E. Reusch, S. Rhode, W. Riedel, B. Rifaie, A. Roberts, E. J. Robertson, S. Rodan, S. Rongen, M. Rosted, A. Rott, C. Ruhe, T. Ruohan, L. Safa, I. Saffer, J. Salazar-Gallegos, D. Sampathkumar, P. Sandrock, A. Santander, M. Sarkar, S. Sarkar, S. Savelberg, J. Savina, P. Schaile, P. Schaufel, M. Schieler, H. Schindler, S. Schlickmann, L. Schlüter, B. Schlüter, F. Schmeisser, N. Schmidt, T. Schneider, J. Schröder, F. G. Schumacher, L. Schwirn, S. Sclafani, S. Seckel, D. Seen, L. Seikh, M. Seo, M. Seunarine, S. Myhr, P. A. Sevle Shah, R. Shefali, S. Shimizu, N. Silva, M. Skrzypek, B. Smithers, B. Snihur, R. Soedingrekso, J. Søgaard, A. Soldin, D. Soldin, P. Sommani, G. Spannfellner, C. Spiczak, G. M. Spiering, C. Stachurska, J. Stamatikos, M. Stanev, T. Stezelberger, T. Stürwald, T. Stuttard, T. Sullivan, G. W. Taboada, I. Ter-Antonyan, S. Terliuk, A. Thiesmeyer, M. Thompson, W. G. Thwaites, J. Tilav, S. Tollefson, K. Tönnis, C. Toscano, S. Tosi, D. Trettin, A. Elorrieta, M. A. Unland Upadhyay, A. K. Upshaw, K. Vaidyanathan, A. Valtonen-Mattila, N. Vandenbroucke, J. van Eijndhoven, N. Vannerom, D. van Santen, J. Vara, J. Varsi, F. Veitch-Michaelis, J. Venugopal, M. Vereecken, M. Carrasco, S. Vergara Verpoest, S. Veske, D. Vijai, A. Walck, C. Wang, A. Weaver, C. Weigel, P. Weindl, A. Weldert, J. Wen, A. Y. Wendt, C. Werthebach, J. Weyrauch, M. Whitehorn, N. Wiebusch, C. H. Williams, D. R. Witthaus, L. Wolf, M. Wrede, G. Xu, X. W. Yanez, J. P. Yildizci, E. Yoshida, S. Young, R. Yu, F. Yu, S. Yuan, T. Zegarelli, A. Zhang, S. Zhang, Z. Zhelnin, P. Zilberman, P. Zimmerman, M. |
| author_facet | Abbasi, R. Ackermann, M. Adams, J. Agarwalla, S. K. Aguilar, J. A. Ahlers, M. Alameddine, J. M. Amin, N. M. Andeen, K. Argüelles, C. Ashida, Y. Athanasiadou, S. Axani, S. N. Babu, R. Bai, X. V., A. Balagopal Baricevic, M. Barwick, S. W. Bash, S. Basu, V. Bay, R. Beatty, J. J. Tjus, J. Becker Beise, J. Bellenghi, C. BenZvi, S. Berley, D. Bernardini, E. Besson, D. Z. Blaufuss, E. Bloom, L. Blot, S. Bontempo, F. Motzkin, J. Y. Book Meneguolo, C. Boscolo Böser, S. Botner, O. Böttcher, J. Braun, J. Brinson, B. Brisson-Tsavoussis, Z. Brostean-Kaiser, J. Brusa, L. Burley, R. T. Butterfield, D. Campana, M. A. Caracas, I. Carloni, K. Carpio, J. Chattopadhyay, S. Chau, N. Chen, Z. Chirkin, D. Choi, S. Clark, B. A. Coleman, A. Coleman, P. Collin, G. H. Connolly, A. Conrad, J. M. Corley, R. Cowen, D. F. De Clercq, C. DeLaunay, J. J. Delgado, D. Deng, S. Desai, A. Desiati, P. de Vries, K. D. de Wasseige, G. DeYoung, T. Díaz-Vélez, J. C. Dierichs, P. Dittmer, M. Domi, A. Draper, L. Dujmovic, H. Durnford, D. Dutta, K. DuVernois, M. A. Ehrhardt, T. Eidenschink, L. Eimer, A. Eller, P. Ellinger, E. Mentawi, S. El Elsässer, D. Engel, R. Erpenbeck, H. Esmail, W. Evans, J. Evenson, P. A. Fan, K. L. Fang, K. Farrag, K. Fazely, A. R. Fedynitch, A. Feigl, N. Fiedlschuster, S. Finley, C. Fischer, L. Fox, D. Franckowiak, A. Fukami, S. Fürst, P. Gallagher, J. Ganster, E. Garcia, A. Garcia, M. Garg, G. Genton, E. Gerhardt, L. Ghadimi, A. Girard-Carillo, C. Glaser, C. Glüsenkamp, T. Gonzalez, J. G. Goswami, S. Granados, A. Grant, D. Gray, S. J. Griffin, S. Griswold, S. Groth, K. M. Guevel, D. Günther, C. Gutjahr, P. Ha, C. Haack, C. Hallgren, A. Halve, L. Halzen, F. Hamacher, L. Hamdaoui, H. Minh, M. Ha Handt, M. Hanson, K. Hardin, J. Harnisch, A. A. Hatch, P. Haungs, A. Häußler, J. Helbing, K. Hellrung, J. Hermannsgabner, J. Heuermann, L. Heyer, N. Hickford, S. Hidvegi, A. Hill, C. Hill, G. C. Hmaid, R. Hoffman, K. D. Hori, S. Hoshina, K. Hostert, M. Hou, W. Huber, T. Hultqvist, K. Hünnefeld, M. Hussain, R. Hymon, K. Ishihara, A. Iwakiri, W. Jacquart, M. Jain, S. Janik, O. Jansson, M. Jeong, M. Jin, M. Jones, B. J. P. Kamp, N. Kang, D. Kang, W. Kang, X. Kappes, A. Kappesser, D. Kardum, L. Karg, T. Karl, M. Karle, A. Katil, A. Katz, U. Kauer, M. Kelley, J. L. Khanal, M. Zathul, A. Khatee Kheirandish, A. Kiryluk, J. Klein, S. R. Kobayashi, Y. Kochocki, A. Koirala, R. Kolanoski, H. Kontrimas, T. Köpke, L. Kopper, C. Koskinen, D. J. Koundal, P. Kowalski, M. Kozynets, T. Krieger, N. Krishnamoorthi, J. Krishnan, T. Kruiswijk, K. Krupczak, E. Kumar, A. Kun, E. Kurahashi, N. Lad, N. Gualda, C. Lagunas Lamoureux, M. Larson, M. J. Lauber, F. Lazar, J. P. DeHolton, K. Leonard Leszczyńska, A. Liao, J. Lincetto, M. Liu, Y. T. Liubarska, M. Love, C. Lu, L. Lucarelli, F. Luszczak, W. Lyu, Y. Madsen, J. Magnus, E. Mahn, K. B. M. Makino, Y. Manao, E. Mancina, S. Mand, A. Sainte, W. Marie Mariş, I. C. Marka, S. Marka, Z. Marsee, M. Martinez-Soler, I. Maruyama, R. Mayhew, F. McNally, F. Mead, J. V. Meagher, K. Mechbal, S. Medina, A. Meier, M. Merckx, Y. Merten, L. Mitchell, J. Montaruli, T. Moore, R. W. Morii, Y. Morse, R. Moulai, M. Mukherjee, T. Naab, R. Nakos, M. Naumann, U. Necker, J. Negi, A. Neste, L. Neumann, M. Niederhausen, H. Nisa, M. U. Noda, K. Noell, A. Novikov, A. Pollmann, A. Obertacke O'Dell, V. Olivas, A. Orsoe, R. Osborn, J. O'Sullivan, E. Palusova, V. Pandya, H. Park, N. Parker, G. K. Parrish, V. Paudel, E. N. Paul, L. Heros, C. Pérez de los Pernice, T. Peterson, J. Pizzuto, A. Plum, M. Pontén, A. Popovych, Y. Rodriguez, M. Prado Pries, B. Procter-Murphy, R. Przybylski, G. T. Pyras, L. Raab, C. Rack-Helleis, J. Rad, N. Ravn, M. Rawlins, K. Rechav, Z. Rehman, A. Resconi, E. Reusch, S. Rhode, W. Riedel, B. Rifaie, A. Roberts, E. J. Robertson, S. Rodan, S. Rongen, M. Rosted, A. Rott, C. Ruhe, T. Ruohan, L. Safa, I. Saffer, J. Salazar-Gallegos, D. Sampathkumar, P. Sandrock, A. Santander, M. Sarkar, S. Sarkar, S. Savelberg, J. Savina, P. Schaile, P. Schaufel, M. Schieler, H. Schindler, S. Schlickmann, L. Schlüter, B. Schlüter, F. Schmeisser, N. Schmidt, T. Schneider, J. Schröder, F. G. Schumacher, L. Schwirn, S. Sclafani, S. Seckel, D. Seen, L. Seikh, M. Seo, M. Seunarine, S. Myhr, P. A. Sevle Shah, R. Shefali, S. Shimizu, N. Silva, M. Skrzypek, B. Smithers, B. Snihur, R. Soedingrekso, J. Søgaard, A. Soldin, D. Soldin, P. Sommani, G. Spannfellner, C. Spiczak, G. M. Spiering, C. Stachurska, J. Stamatikos, M. Stanev, T. Stezelberger, T. Stürwald, T. Stuttard, T. Sullivan, G. W. Taboada, I. Ter-Antonyan, S. Terliuk, A. Thiesmeyer, M. Thompson, W. G. Thwaites, J. Tilav, S. Tollefson, K. Tönnis, C. Toscano, S. Tosi, D. Trettin, A. Elorrieta, M. A. Unland Upadhyay, A. K. Upshaw, K. Vaidyanathan, A. Valtonen-Mattila, N. Vandenbroucke, J. van Eijndhoven, N. Vannerom, D. van Santen, J. Vara, J. Varsi, F. Veitch-Michaelis, J. Venugopal, M. Vereecken, M. Carrasco, S. Vergara Verpoest, S. Veske, D. Vijai, A. Walck, C. Wang, A. Weaver, C. Weigel, P. Weindl, A. Weldert, J. Wen, A. Y. Wendt, C. Werthebach, J. Weyrauch, M. Whitehorn, N. Wiebusch, C. H. Williams, D. R. Witthaus, L. Wolf, M. Wrede, G. Xu, X. W. Yanez, J. P. Yildizci, E. Yoshida, S. Young, R. Yu, F. Yu, S. Yuan, T. Zegarelli, A. Zhang, S. Zhang, Z. Zhelnin, P. Zilberman, P. Zimmerman, M. |
| contents | The observation of neutrino oscillations has established that neutrinos have non-zero masses. This phenomenon is not explained by the Standard Model of particle physics, but one viable explanation to this dilemma involves the existence of heavy neutral leptons in the form of right-handed neutrinos. This work presents the first search for heavy neutral leptons with the IceCube Neutrino Observatory. The standard three flavor neutrino model is extended by adding a fourth GeV-scale mass state allowing mixing with the $τ$ sector through the parameter $|U_{\tau4}|^2$. The analysis is performed by searching for signatures of heavy neutral leptons that are directly produced via up-scattering of atmospheric $ν_τ$'s inside the IceCube detection volume. Three heavy neutral lepton mass values, $m_4$, of 0.3 GeV, 0.6 GeV, and 1.0 GeV are tested using ten years of data, collected between 2011 and 2021. No significant signal of heavy neutral leptons is observed for any of the tested masses. The resulting constraints for the mixing parameter are $|U_{\tau4}|^2 < 0.19$ ($m_4 = 0.3$ GeV), $|U_{\tau4}|^2 < 0.36$ ($m_4 = 0.6$ GeV), and $|U_{\tau4}|^2 < 0.40$ ($m_4 = 1.0$ GeV) at the 90% confidence level. This analysis serves as proof-of-concept for heavy neutral lepton searches in IceCube. The heavy neutral lepton event generator, developed in this work, and the analysis of the expected signatures lay the fundamental groundwork for future searches thereof. |
| format | Preprint |
| id |
arxiv_https___arxiv_org_abs_2502_09454 |
| institution | arXiv |
| publishDate | 2025 |
| record_format | arxiv |
| spellingShingle | Search for Heavy Neutral Leptons with IceCube DeepCore Abbasi, R. Ackermann, M. Adams, J. Agarwalla, S. K. Aguilar, J. A. Ahlers, M. Alameddine, J. M. Amin, N. M. Andeen, K. Argüelles, C. Ashida, Y. Athanasiadou, S. Axani, S. N. Babu, R. Bai, X. V., A. Balagopal Baricevic, M. Barwick, S. W. Bash, S. Basu, V. Bay, R. Beatty, J. J. Tjus, J. Becker Beise, J. Bellenghi, C. BenZvi, S. Berley, D. Bernardini, E. Besson, D. Z. Blaufuss, E. Bloom, L. Blot, S. Bontempo, F. Motzkin, J. Y. Book Meneguolo, C. Boscolo Böser, S. Botner, O. Böttcher, J. Braun, J. Brinson, B. Brisson-Tsavoussis, Z. Brostean-Kaiser, J. Brusa, L. Burley, R. T. Butterfield, D. Campana, M. A. Caracas, I. Carloni, K. Carpio, J. Chattopadhyay, S. Chau, N. Chen, Z. Chirkin, D. Choi, S. Clark, B. A. Coleman, A. Coleman, P. Collin, G. H. Connolly, A. Conrad, J. M. Corley, R. Cowen, D. F. De Clercq, C. DeLaunay, J. J. Delgado, D. Deng, S. Desai, A. Desiati, P. de Vries, K. D. de Wasseige, G. DeYoung, T. Díaz-Vélez, J. C. Dierichs, P. Dittmer, M. Domi, A. Draper, L. Dujmovic, H. Durnford, D. Dutta, K. DuVernois, M. A. Ehrhardt, T. Eidenschink, L. Eimer, A. Eller, P. Ellinger, E. Mentawi, S. El Elsässer, D. Engel, R. Erpenbeck, H. Esmail, W. Evans, J. Evenson, P. A. Fan, K. L. Fang, K. Farrag, K. Fazely, A. R. Fedynitch, A. Feigl, N. Fiedlschuster, S. Finley, C. Fischer, L. Fox, D. Franckowiak, A. Fukami, S. Fürst, P. Gallagher, J. Ganster, E. Garcia, A. Garcia, M. Garg, G. Genton, E. Gerhardt, L. Ghadimi, A. Girard-Carillo, C. Glaser, C. Glüsenkamp, T. Gonzalez, J. G. Goswami, S. Granados, A. Grant, D. Gray, S. J. Griffin, S. Griswold, S. Groth, K. M. Guevel, D. Günther, C. Gutjahr, P. Ha, C. Haack, C. Hallgren, A. Halve, L. Halzen, F. Hamacher, L. Hamdaoui, H. Minh, M. Ha Handt, M. Hanson, K. Hardin, J. Harnisch, A. A. Hatch, P. Haungs, A. Häußler, J. Helbing, K. Hellrung, J. Hermannsgabner, J. Heuermann, L. Heyer, N. Hickford, S. Hidvegi, A. Hill, C. Hill, G. C. Hmaid, R. Hoffman, K. D. Hori, S. Hoshina, K. Hostert, M. Hou, W. Huber, T. Hultqvist, K. Hünnefeld, M. Hussain, R. Hymon, K. Ishihara, A. Iwakiri, W. Jacquart, M. Jain, S. Janik, O. Jansson, M. Jeong, M. Jin, M. Jones, B. J. P. Kamp, N. Kang, D. Kang, W. Kang, X. Kappes, A. Kappesser, D. Kardum, L. Karg, T. Karl, M. Karle, A. Katil, A. Katz, U. Kauer, M. Kelley, J. L. Khanal, M. Zathul, A. Khatee Kheirandish, A. Kiryluk, J. Klein, S. R. Kobayashi, Y. Kochocki, A. Koirala, R. Kolanoski, H. Kontrimas, T. Köpke, L. Kopper, C. Koskinen, D. J. Koundal, P. Kowalski, M. Kozynets, T. Krieger, N. Krishnamoorthi, J. Krishnan, T. Kruiswijk, K. Krupczak, E. Kumar, A. Kun, E. Kurahashi, N. Lad, N. Gualda, C. Lagunas Lamoureux, M. Larson, M. J. Lauber, F. Lazar, J. P. DeHolton, K. Leonard Leszczyńska, A. Liao, J. Lincetto, M. Liu, Y. T. Liubarska, M. Love, C. Lu, L. Lucarelli, F. Luszczak, W. Lyu, Y. Madsen, J. Magnus, E. Mahn, K. B. M. Makino, Y. Manao, E. Mancina, S. Mand, A. Sainte, W. Marie Mariş, I. C. Marka, S. Marka, Z. Marsee, M. Martinez-Soler, I. Maruyama, R. Mayhew, F. McNally, F. Mead, J. V. Meagher, K. Mechbal, S. Medina, A. Meier, M. Merckx, Y. Merten, L. Mitchell, J. Montaruli, T. Moore, R. W. Morii, Y. Morse, R. Moulai, M. Mukherjee, T. Naab, R. Nakos, M. Naumann, U. Necker, J. Negi, A. Neste, L. Neumann, M. Niederhausen, H. Nisa, M. U. Noda, K. Noell, A. Novikov, A. Pollmann, A. Obertacke O'Dell, V. Olivas, A. Orsoe, R. Osborn, J. O'Sullivan, E. Palusova, V. Pandya, H. Park, N. Parker, G. K. Parrish, V. Paudel, E. N. Paul, L. Heros, C. Pérez de los Pernice, T. Peterson, J. Pizzuto, A. Plum, M. Pontén, A. Popovych, Y. Rodriguez, M. Prado Pries, B. Procter-Murphy, R. Przybylski, G. T. Pyras, L. Raab, C. Rack-Helleis, J. Rad, N. Ravn, M. Rawlins, K. Rechav, Z. Rehman, A. Resconi, E. Reusch, S. Rhode, W. Riedel, B. Rifaie, A. Roberts, E. J. Robertson, S. Rodan, S. Rongen, M. Rosted, A. Rott, C. Ruhe, T. Ruohan, L. Safa, I. Saffer, J. Salazar-Gallegos, D. Sampathkumar, P. Sandrock, A. Santander, M. Sarkar, S. Sarkar, S. Savelberg, J. Savina, P. Schaile, P. Schaufel, M. Schieler, H. Schindler, S. Schlickmann, L. Schlüter, B. Schlüter, F. Schmeisser, N. Schmidt, T. Schneider, J. Schröder, F. G. Schumacher, L. Schwirn, S. Sclafani, S. Seckel, D. Seen, L. Seikh, M. Seo, M. Seunarine, S. Myhr, P. A. Sevle Shah, R. Shefali, S. Shimizu, N. Silva, M. Skrzypek, B. Smithers, B. Snihur, R. Soedingrekso, J. Søgaard, A. Soldin, D. Soldin, P. Sommani, G. Spannfellner, C. Spiczak, G. M. Spiering, C. Stachurska, J. Stamatikos, M. Stanev, T. Stezelberger, T. Stürwald, T. Stuttard, T. Sullivan, G. W. Taboada, I. Ter-Antonyan, S. Terliuk, A. Thiesmeyer, M. Thompson, W. G. Thwaites, J. Tilav, S. Tollefson, K. Tönnis, C. Toscano, S. Tosi, D. Trettin, A. Elorrieta, M. A. Unland Upadhyay, A. K. Upshaw, K. Vaidyanathan, A. Valtonen-Mattila, N. Vandenbroucke, J. van Eijndhoven, N. Vannerom, D. van Santen, J. Vara, J. Varsi, F. Veitch-Michaelis, J. Venugopal, M. Vereecken, M. Carrasco, S. Vergara Verpoest, S. Veske, D. Vijai, A. Walck, C. Wang, A. Weaver, C. Weigel, P. Weindl, A. Weldert, J. Wen, A. Y. Wendt, C. Werthebach, J. Weyrauch, M. Whitehorn, N. Wiebusch, C. H. Williams, D. R. Witthaus, L. Wolf, M. Wrede, G. Xu, X. W. Yanez, J. P. Yildizci, E. Yoshida, S. Young, R. Yu, F. Yu, S. Yuan, T. Zegarelli, A. Zhang, S. Zhang, Z. Zhelnin, P. Zilberman, P. Zimmerman, M. High Energy Physics - Experiment The observation of neutrino oscillations has established that neutrinos have non-zero masses. This phenomenon is not explained by the Standard Model of particle physics, but one viable explanation to this dilemma involves the existence of heavy neutral leptons in the form of right-handed neutrinos. This work presents the first search for heavy neutral leptons with the IceCube Neutrino Observatory. The standard three flavor neutrino model is extended by adding a fourth GeV-scale mass state allowing mixing with the $τ$ sector through the parameter $|U_{\tau4}|^2$. The analysis is performed by searching for signatures of heavy neutral leptons that are directly produced via up-scattering of atmospheric $ν_τ$'s inside the IceCube detection volume. Three heavy neutral lepton mass values, $m_4$, of 0.3 GeV, 0.6 GeV, and 1.0 GeV are tested using ten years of data, collected between 2011 and 2021. No significant signal of heavy neutral leptons is observed for any of the tested masses. The resulting constraints for the mixing parameter are $|U_{\tau4}|^2 < 0.19$ ($m_4 = 0.3$ GeV), $|U_{\tau4}|^2 < 0.36$ ($m_4 = 0.6$ GeV), and $|U_{\tau4}|^2 < 0.40$ ($m_4 = 1.0$ GeV) at the 90% confidence level. This analysis serves as proof-of-concept for heavy neutral lepton searches in IceCube. The heavy neutral lepton event generator, developed in this work, and the analysis of the expected signatures lay the fundamental groundwork for future searches thereof. |
| title | Search for Heavy Neutral Leptons with IceCube DeepCore |
| topic | High Energy Physics - Experiment |
| url | https://arxiv.org/abs/2502.09454 |