Search for Diffuse Supernova Neutrino Background with 956.2 days of Super-Kamiokande Gadolinium Dataset

Fuente: arXiv

Saved in:

Bibliographic Details
Main Authors:	Abe, K., Abe, S., Asaoka, Y., Harada, M., Hayato, Y., Hiraide, K., Hosokawa, K., Hung, T. H., Ieki, K., Ikeda, M., Kameda, J., Kanemura, Y., Kataoka, Y., Miki, S., Mine, S., Miura, M., Moriyama, S., Nakahata, M., Nakayama, S., Noguchi, Y., Pronost, G., Sato, K., Sekiya, H., Shinoda, R., Shiozawa, M., Suzuki, Y., Takeda, A., Takemoto, Y., Tanaka, H., Yano, T., Itow, Y., Kajita, T., Nishijima, R., Okumura, K., Tashiro, T., Tomiya, T., Wang, X., Fernandez, P., Labarga, L., Samudio, D., Zaldivar, B., Yanagisawa, C., Kearns, E., Wan, L., Wester, T., Pointon, B. W., Bian, J., Cortez, B., Griskevich, N. J., Jiang, Y., Smy, M. B., Sobel, H. W., Takhistov, V., Yankelevich, A., Hill, J., Jang, M. C., Lee, S. H., Moon, D. H., Park, R. G., Yang, B. S., Bodur, B., Scholberg, K., Walter, C. W., Beauch'ene, A., Bl'evec, E. Le, Drapier, O., Ershova, A., Ferey, M., Mueller, Th. A., Santos, A. D., Paganini, P., Quach, C., Rogly, R., Nakamura, T., Jang, J. S., Litchfield, R. P., Machado, L. N., Soler, F. J. P., Learned, J. G., Choi, K., Cao, S., Anthony, L. H. V., Prouse, N. W., Scott, M., Uchida, Y., Berardi, V., Calabria, N. F., Catanesi, M. G., Ospina, N., Radicioni, E., Langella, A., De Rosa, G., Collazuol, G., Feltre, M., Mattiazzi, M., Ludovici, L., Gonin, M., P'eriss'e, L., Quilain, B., Horiuchi, S., Kawabata, A., Kobayashi, M., Liu, Y. M., Maekawa, Y., Nishimura, Y., Akutsu, R., Friend, M., Hasegawa, T., Hino, Y., Ishida, T., Kobayashi, T., Jakkapu, M., Matsubara, T., Nakadaira, T., Oyama, Y., Yrey, A. Portocarrero, Sakashita, K., Sekiguchi, T., Tsukamoto, T., Bhuiyan, N., Burton, G. T., Di Lodovico, F., Gao, J., Katori, T., Kralik, R., Latham, N., Ramsden, R. M., Ito, H., Sone, T., Suzuki, A. T., Takeuchi, Y., Wada, S., Zhong, H., Feng, J., Feng, L., Han, S., Hikida, J., Hu, J. R., Hu, Z., Kawaue, M., Kikawa, T., Nakaya, T., Ngoc, T. V., Wendell, R. A., Jenkins, S. J., McCauley, N., Tarrant, A., Fan`i, M., Wilking, M. J., Xie, Z., Fukuda, Y., Menjo, H., Yoshioka, Y., Lagoda, J., Mandal, M., Zalipska, J., Mori, M., Jiang, J., Hamaguchi, K., Ishino, H., Koshio, Y., Nakanishi, F., Tada, T., Ishizuka, T., Barr, G., Barrow, D., Cook, L., Samani, S., Wark, D., Holin, A., Nova, F., Jung, S., Yoo, J., Fannon, J. E. P., Kneale, L., Malek, M., McElwee, J. M., Peacock, T., Stowell, P., Thiesse, M. D., Thompson, L. F., Okazawa, H., Lakshmi, S. M., Kwon, E., Lee, M. W., Seo, J. W., Yu, I., Ashida, Y., Ichikawa, A. K., Nakamura, K. D., Goto, S., Hayasaki, H., Kodama, S., Kong, Y., Masaki, Y., Mizuno, Y., Muro, T., Nakagiri, K., Nakajima, Y., Taniuchi, N., Yokoyama, M., de Perio, P., Fujita, S., Jes'us-Valls, C., Martens, K., Marti, Ll., Tsui, K. M., Vagins, M. R., Xia, J., Kuze, M., Izumiyama, S., Matsumoto, R., Asaka, R., Ishitsuka, M., Sugo, M., Wako, M., Yamauchi, K., Nakano, Y., Cormier, F., Gaur, R., Hartz, M., Konaka, A., Li, X., Smithers, B. R., Chen, S., Wu, Y., Xu, B. D., Zhang, A. Q., Zhang, B., Adhikary, H., Girgus, M., Govindaraj, P., Posiadala-Zezula, M., Prabhu, Y. S., Boyd, S. B., Edwards, R., Hadley, D., Nicholson, M., O'Flaherty, M., Richards, B., Ali, A., Jamieson, B., Bronner, C., Horiguchi, D., Minamino, A., Sasaki, Y., Shibayama, R., Shimamura, R.
Format:	Preprint
Published:	2025
Subjects:	High Energy Astrophysical Phenomena
Online Access:	Acceder al recurso
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!

_version_	1866908626653806592
author	Abe, K. Abe, S. Asaoka, Y. Harada, M. Hayato, Y. Hiraide, K. Hosokawa, K. Hung, T. H. Ieki, K. Ikeda, M. Kameda, J. Kanemura, Y. Kataoka, Y. Miki, S. Mine, S. Miura, M. Moriyama, S. Nakahata, M. Nakayama, S. Noguchi, Y. Pronost, G. Sato, K. Sekiya, H. Shinoda, R. Shiozawa, M. Suzuki, Y. Takeda, A. Takemoto, Y. Tanaka, H. Yano, T. Itow, Y. Kajita, T. Nishijima, R. Okumura, K. Tashiro, T. Tomiya, T. Wang, X. Fernandez, P. Labarga, L. Samudio, D. Zaldivar, B. Yanagisawa, C. Kearns, E. Wan, L. Wester, T. Pointon, B. W. Bian, J. Cortez, B. Griskevich, N. J. Jiang, Y. Smy, M. B. Sobel, H. W. Takhistov, V. Yankelevich, A. Hill, J. Jang, M. C. Lee, S. H. Moon, D. H. Park, R. G. Yang, B. S. Bodur, B. Scholberg, K. Walter, C. W. Beauch'ene, A. Bl'evec, E. Le Drapier, O. Ershova, A. Ferey, M. Mueller, Th. A. Santos, A. D. Paganini, P. Quach, C. Rogly, R. Nakamura, T. Jang, J. S. Litchfield, R. P. Machado, L. N. Soler, F. J. P. Learned, J. G. Choi, K. Cao, S. Anthony, L. H. V. Prouse, N. W. Scott, M. Uchida, Y. Berardi, V. Calabria, N. F. Catanesi, M. G. Ospina, N. Radicioni, E. Langella, A. De Rosa, G. Collazuol, G. Feltre, M. Mattiazzi, M. Ludovici, L. Gonin, M. P'eriss'e, L. Quilain, B. Horiuchi, S. Kawabata, A. Kobayashi, M. Liu, Y. M. Maekawa, Y. Nishimura, Y. Akutsu, R. Friend, M. Hasegawa, T. Hino, Y. Ishida, T. Kobayashi, T. Jakkapu, M. Matsubara, T. Nakadaira, T. Oyama, Y. Yrey, A. Portocarrero Sakashita, K. Sekiguchi, T. Tsukamoto, T. Bhuiyan, N. Burton, G. T. Di Lodovico, F. Gao, J. Katori, T. Kralik, R. Latham, N. Ramsden, R. M. Ito, H. Sone, T. Suzuki, A. T. Takeuchi, Y. Wada, S. Zhong, H. Feng, J. Feng, L. Han, S. Hikida, J. Hu, J. R. Hu, Z. Kawaue, M. Kikawa, T. Nakaya, T. Ngoc, T. V. Wendell, R. A. Jenkins, S. J. McCauley, N. Tarrant, A. Fan`i, M. Wilking, M. J. Xie, Z. Fukuda, Y. Menjo, H. Yoshioka, Y. Lagoda, J. Mandal, M. Zalipska, J. Mori, M. Jiang, J. Hamaguchi, K. Ishino, H. Koshio, Y. Nakanishi, F. Tada, T. Ishizuka, T. Barr, G. Barrow, D. Cook, L. Samani, S. Wark, D. Holin, A. Nova, F. Jung, S. Yoo, J. Fannon, J. E. P. Kneale, L. Malek, M. McElwee, J. M. Peacock, T. Stowell, P. Thiesse, M. D. Thompson, L. F. Okazawa, H. Lakshmi, S. M. Kwon, E. Lee, M. W. Seo, J. W. Yu, I. Ashida, Y. Ichikawa, A. K. Nakamura, K. D. Goto, S. Hayasaki, H. Kodama, S. Kong, Y. Masaki, Y. Mizuno, Y. Muro, T. Nakagiri, K. Nakajima, Y. Taniuchi, N. Yokoyama, M. de Perio, P. Fujita, S. Jes'us-Valls, C. Martens, K. Marti, Ll. Tsui, K. M. Vagins, M. R. Xia, J. Kuze, M. Izumiyama, S. Matsumoto, R. Asaka, R. Ishitsuka, M. Sugo, M. Wako, M. Yamauchi, K. Nakano, Y. Cormier, F. Gaur, R. Hartz, M. Konaka, A. Li, X. Smithers, B. R. Chen, S. Wu, Y. Xu, B. D. Zhang, A. Q. Zhang, B. Adhikary, H. Girgus, M. Govindaraj, P. Posiadala-Zezula, M. Prabhu, Y. S. Boyd, S. B. Edwards, R. Hadley, D. Nicholson, M. O'Flaherty, M. Richards, B. Ali, A. Jamieson, B. Bronner, C. Horiguchi, D. Minamino, A. Sasaki, Y. Shibayama, R. Shimamura, R.
author_facet	Abe, K. Abe, S. Asaoka, Y. Harada, M. Hayato, Y. Hiraide, K. Hosokawa, K. Hung, T. H. Ieki, K. Ikeda, M. Kameda, J. Kanemura, Y. Kataoka, Y. Miki, S. Mine, S. Miura, M. Moriyama, S. Nakahata, M. Nakayama, S. Noguchi, Y. Pronost, G. Sato, K. Sekiya, H. Shinoda, R. Shiozawa, M. Suzuki, Y. Takeda, A. Takemoto, Y. Tanaka, H. Yano, T. Itow, Y. Kajita, T. Nishijima, R. Okumura, K. Tashiro, T. Tomiya, T. Wang, X. Fernandez, P. Labarga, L. Samudio, D. Zaldivar, B. Yanagisawa, C. Kearns, E. Wan, L. Wester, T. Pointon, B. W. Bian, J. Cortez, B. Griskevich, N. J. Jiang, Y. Smy, M. B. Sobel, H. W. Takhistov, V. Yankelevich, A. Hill, J. Jang, M. C. Lee, S. H. Moon, D. H. Park, R. G. Yang, B. S. Bodur, B. Scholberg, K. Walter, C. W. Beauch'ene, A. Bl'evec, E. Le Drapier, O. Ershova, A. Ferey, M. Mueller, Th. A. Santos, A. D. Paganini, P. Quach, C. Rogly, R. Nakamura, T. Jang, J. S. Litchfield, R. P. Machado, L. N. Soler, F. J. P. Learned, J. G. Choi, K. Cao, S. Anthony, L. H. V. Prouse, N. W. Scott, M. Uchida, Y. Berardi, V. Calabria, N. F. Catanesi, M. G. Ospina, N. Radicioni, E. Langella, A. De Rosa, G. Collazuol, G. Feltre, M. Mattiazzi, M. Ludovici, L. Gonin, M. P'eriss'e, L. Quilain, B. Horiuchi, S. Kawabata, A. Kobayashi, M. Liu, Y. M. Maekawa, Y. Nishimura, Y. Akutsu, R. Friend, M. Hasegawa, T. Hino, Y. Ishida, T. Kobayashi, T. Jakkapu, M. Matsubara, T. Nakadaira, T. Oyama, Y. Yrey, A. Portocarrero Sakashita, K. Sekiguchi, T. Tsukamoto, T. Bhuiyan, N. Burton, G. T. Di Lodovico, F. Gao, J. Katori, T. Kralik, R. Latham, N. Ramsden, R. M. Ito, H. Sone, T. Suzuki, A. T. Takeuchi, Y. Wada, S. Zhong, H. Feng, J. Feng, L. Han, S. Hikida, J. Hu, J. R. Hu, Z. Kawaue, M. Kikawa, T. Nakaya, T. Ngoc, T. V. Wendell, R. A. Jenkins, S. J. McCauley, N. Tarrant, A. Fan`i, M. Wilking, M. J. Xie, Z. Fukuda, Y. Menjo, H. Yoshioka, Y. Lagoda, J. Mandal, M. Zalipska, J. Mori, M. Jiang, J. Hamaguchi, K. Ishino, H. Koshio, Y. Nakanishi, F. Tada, T. Ishizuka, T. Barr, G. Barrow, D. Cook, L. Samani, S. Wark, D. Holin, A. Nova, F. Jung, S. Yoo, J. Fannon, J. E. P. Kneale, L. Malek, M. McElwee, J. M. Peacock, T. Stowell, P. Thiesse, M. D. Thompson, L. F. Okazawa, H. Lakshmi, S. M. Kwon, E. Lee, M. W. Seo, J. W. Yu, I. Ashida, Y. Ichikawa, A. K. Nakamura, K. D. Goto, S. Hayasaki, H. Kodama, S. Kong, Y. Masaki, Y. Mizuno, Y. Muro, T. Nakagiri, K. Nakajima, Y. Taniuchi, N. Yokoyama, M. de Perio, P. Fujita, S. Jes'us-Valls, C. Martens, K. Marti, Ll. Tsui, K. M. Vagins, M. R. Xia, J. Kuze, M. Izumiyama, S. Matsumoto, R. Asaka, R. Ishitsuka, M. Sugo, M. Wako, M. Yamauchi, K. Nakano, Y. Cormier, F. Gaur, R. Hartz, M. Konaka, A. Li, X. Smithers, B. R. Chen, S. Wu, Y. Xu, B. D. Zhang, A. Q. Zhang, B. Adhikary, H. Girgus, M. Govindaraj, P. Posiadala-Zezula, M. Prabhu, Y. S. Boyd, S. B. Edwards, R. Hadley, D. Nicholson, M. O'Flaherty, M. Richards, B. Ali, A. Jamieson, B. Bronner, C. Horiguchi, D. Minamino, A. Sasaki, Y. Shibayama, R. Shimamura, R.
contents	We report the search result for the Diffuse Supernova Neutrino Background (DSNB) in neutrino energies beyond 9.3~MeV in the gadolinium-loaded Super-Kamiokande (SK) detector with $22,500\times956.2$$~\rm m^3\cdot day$ exposure. %$22.5{\rm k}\times956.2$$~\rm m^3\cdot day$ exposure. Starting in the summer of 2020, SK introduced 0.01\% gadolinium (Gd) by mass into its ultra-pure water to enhance the neutron capture signal, termed the SK-VI phase. This was followed by a 0.03\% Gd-loading in 2022, a phase referred to as SK-VII. We then conducted a DSNB search using 552.2~days of SK-VI data and 404.0~days of SK-VII data through September 2023. This analysis includes several new features, such as two new machine-learning neutron detection algorithms with Gd, an improved atmospheric background reduction technique, and two parallel statistical approaches. No significant excess over background predictions was found in a DSNB spectrum-independent analysis, and 90\% C.L. upper limits on the astrophysical electron anti-neutrino flux were set. Additionally, a spectral fitting result exhibited a $\sim1.2σ$ disagreement with a null DSNB hypothesis, comparable to a previous result from 5823~days of all SK pure water phases.
format	Preprint
id	arxiv_https___arxiv_org_abs_2511_02222
institution	arXiv
publishDate	2025
record_format	arxiv
spellingShingle	Search for Diffuse Supernova Neutrino Background with 956.2 days of Super-Kamiokande Gadolinium Dataset Abe, K. Abe, S. Asaoka, Y. Harada, M. Hayato, Y. Hiraide, K. Hosokawa, K. Hung, T. H. Ieki, K. Ikeda, M. Kameda, J. Kanemura, Y. Kataoka, Y. Miki, S. Mine, S. Miura, M. Moriyama, S. Nakahata, M. Nakayama, S. Noguchi, Y. Pronost, G. Sato, K. Sekiya, H. Shinoda, R. Shiozawa, M. Suzuki, Y. Takeda, A. Takemoto, Y. Tanaka, H. Yano, T. Itow, Y. Kajita, T. Nishijima, R. Okumura, K. Tashiro, T. Tomiya, T. Wang, X. Fernandez, P. Labarga, L. Samudio, D. Zaldivar, B. Yanagisawa, C. Kearns, E. Wan, L. Wester, T. Pointon, B. W. Bian, J. Cortez, B. Griskevich, N. J. Jiang, Y. Smy, M. B. Sobel, H. W. Takhistov, V. Yankelevich, A. Hill, J. Jang, M. C. Lee, S. H. Moon, D. H. Park, R. G. Yang, B. S. Bodur, B. Scholberg, K. Walter, C. W. Beauch'ene, A. Bl'evec, E. Le Drapier, O. Ershova, A. Ferey, M. Mueller, Th. A. Santos, A. D. Paganini, P. Quach, C. Rogly, R. Nakamura, T. Jang, J. S. Litchfield, R. P. Machado, L. N. Soler, F. J. P. Learned, J. G. Choi, K. Cao, S. Anthony, L. H. V. Prouse, N. W. Scott, M. Uchida, Y. Berardi, V. Calabria, N. F. Catanesi, M. G. Ospina, N. Radicioni, E. Langella, A. De Rosa, G. Collazuol, G. Feltre, M. Mattiazzi, M. Ludovici, L. Gonin, M. P'eriss'e, L. Quilain, B. Horiuchi, S. Kawabata, A. Kobayashi, M. Liu, Y. M. Maekawa, Y. Nishimura, Y. Akutsu, R. Friend, M. Hasegawa, T. Hino, Y. Ishida, T. Kobayashi, T. Jakkapu, M. Matsubara, T. Nakadaira, T. Oyama, Y. Yrey, A. Portocarrero Sakashita, K. Sekiguchi, T. Tsukamoto, T. Bhuiyan, N. Burton, G. T. Di Lodovico, F. Gao, J. Katori, T. Kralik, R. Latham, N. Ramsden, R. M. Ito, H. Sone, T. Suzuki, A. T. Takeuchi, Y. Wada, S. Zhong, H. Feng, J. Feng, L. Han, S. Hikida, J. Hu, J. R. Hu, Z. Kawaue, M. Kikawa, T. Nakaya, T. Ngoc, T. V. Wendell, R. A. Jenkins, S. J. McCauley, N. Tarrant, A. Fan`i, M. Wilking, M. J. Xie, Z. Fukuda, Y. Menjo, H. Yoshioka, Y. Lagoda, J. Mandal, M. Zalipska, J. Mori, M. Jiang, J. Hamaguchi, K. Ishino, H. Koshio, Y. Nakanishi, F. Tada, T. Ishizuka, T. Barr, G. Barrow, D. Cook, L. Samani, S. Wark, D. Holin, A. Nova, F. Jung, S. Yoo, J. Fannon, J. E. P. Kneale, L. Malek, M. McElwee, J. M. Peacock, T. Stowell, P. Thiesse, M. D. Thompson, L. F. Okazawa, H. Lakshmi, S. M. Kwon, E. Lee, M. W. Seo, J. W. Yu, I. Ashida, Y. Ichikawa, A. K. Nakamura, K. D. Goto, S. Hayasaki, H. Kodama, S. Kong, Y. Masaki, Y. Mizuno, Y. Muro, T. Nakagiri, K. Nakajima, Y. Taniuchi, N. Yokoyama, M. de Perio, P. Fujita, S. Jes'us-Valls, C. Martens, K. Marti, Ll. Tsui, K. M. Vagins, M. R. Xia, J. Kuze, M. Izumiyama, S. Matsumoto, R. Asaka, R. Ishitsuka, M. Sugo, M. Wako, M. Yamauchi, K. Nakano, Y. Cormier, F. Gaur, R. Hartz, M. Konaka, A. Li, X. Smithers, B. R. Chen, S. Wu, Y. Xu, B. D. Zhang, A. Q. Zhang, B. Adhikary, H. Girgus, M. Govindaraj, P. Posiadala-Zezula, M. Prabhu, Y. S. Boyd, S. B. Edwards, R. Hadley, D. Nicholson, M. O'Flaherty, M. Richards, B. Ali, A. Jamieson, B. Bronner, C. Horiguchi, D. Minamino, A. Sasaki, Y. Shibayama, R. Shimamura, R. High Energy Astrophysical Phenomena We report the search result for the Diffuse Supernova Neutrino Background (DSNB) in neutrino energies beyond 9.3~MeV in the gadolinium-loaded Super-Kamiokande (SK) detector with $22,500\times956.2$$~\rm m^3\cdot day$ exposure. %$22.5{\rm k}\times956.2$$~\rm m^3\cdot day$ exposure. Starting in the summer of 2020, SK introduced 0.01\% gadolinium (Gd) by mass into its ultra-pure water to enhance the neutron capture signal, termed the SK-VI phase. This was followed by a 0.03\% Gd-loading in 2022, a phase referred to as SK-VII. We then conducted a DSNB search using 552.2~days of SK-VI data and 404.0~days of SK-VII data through September 2023. This analysis includes several new features, such as two new machine-learning neutron detection algorithms with Gd, an improved atmospheric background reduction technique, and two parallel statistical approaches. No significant excess over background predictions was found in a DSNB spectrum-independent analysis, and 90\% C.L. upper limits on the astrophysical electron anti-neutrino flux were set. Additionally, a spectral fitting result exhibited a $\sim1.2σ$ disagreement with a null DSNB hypothesis, comparable to a previous result from 5823~days of all SK pure water phases.
title	Search for Diffuse Supernova Neutrino Background with 956.2 days of Super-Kamiokande Gadolinium Dataset
topic	High Energy Astrophysical Phenomena
url	https://arxiv.org/abs/2511.02222