Search for an eV-Scale Sterile Neutrino Using Improved High-Energy νμ Event Reconstruction in IceCube

Abbasi, R.; Ackermann, M.; Adams, J.; Agarwalla, S. K.; Aguilar, J. A.; Ahlers, M.; Alameddine, J. M.; Amin, N. M.; Andeen, K.; Arguelles, C.; Ashida, Y.; Athanasiadou, S.; Ausborm, L.; Axani, S. N.; Bai, X.; Balagopal, V. A.; Baricevic, M.; Barwick, S. W.; Bash, S.; Basu, V.; Bay, R.; Beatty, J. J.; Becker Tjus, J.; Beise, J.; Bellenghi, C.; Benning, C.; Benzvi, S.; Berley, D.; Bernardini, E.; Besson, D. Z.; Blaufuss, E.; Bloom, L.; Blot, S.; Bontempo, F.; Book Motzkin, J. Y.; Boscolo Meneguolo, C.; Boser, S.; Botner, O.; Bottcher, J.; Braun, J.; Brinson, B.; 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.; Collin, G. H.; Connolly, A.; Conrad, J. M.; Coppin, P.; Corley, R.; Correa, P.; Cowen, D. F.; Dave, P.; De Clercq, C.; Delaunay, J. J.; Delgado, D.; Deng, S.; Desai, A.; Desiati, P.; De Vries, K. D.; De Wasseige, G.; Diaz, A.; Diaz-Velez, J. C.; Dierichs, P.; Dittmer, M.; Domi, A.; Draper, L.; Dujmovic, H.; Dutta, K.; Duvernois, M. A.; Ehrhardt, T.; Eidenschink, L.; Eimer, A.; Eller, P.; Ellinger, E.; El Mentawi, S.; Elsasser, D.; Engel, R.; Erpenbeck, H.; 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.; Furst, P.; Gallagher, J.; Ganster, E.; Garcia, A.; Garcia, M.; Garg, G.; Genton, E.; Gerhardt, L.; Ghadimi, A.; Girard-Carillo, C.; Glaser, C.; Glusenkamp, T.; Gonzalez, J. G.; Goswami, S.; Granados, A.; Grant, D.; Gray, S. J.; Gries, O.; Griffin, S.; Griswold, S.; Groth, K. M.; Gunther, C.; Gutjahr, P.; Ha, C.; Haack, C.; Hallgren, A.; Halve, L.; Halzen, F.; Hamdaoui, H.; Ha Minh, M.; Handt, M.; Hanson, K.; Hardin, J.; Harnisch, A. A.; Hatch, P.; Haungs, A.; Haussler, J.; Helbing, K.; Hellrung, J.; Hermannsgabner, J.; Heuermann, L.; Heyer, N.; Hickford, S.; Hidvegi, A.; Hill, C.; Hill, G. C.; Hoffman, K. D.; Hori, S.; Hoshina, K.; Hostert, M.; Hou, W.; Huber, T.; Hultqvist, K.; Hunnefeld, M.; Hussain, R.; Hymon, K.; Ishihara, A.; Iwakiri, W.; Jacquart, M.; Janik, O.; Jansson, M.; Japaridze, G. S.; 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.; Khatee Zathul, A.; Kheirandish, A.; Kiryluk, J.; Klein, S. R.; Kochocki, A.; Koirala, R.; Kolanoski, H.; Kontrimas, T.; Kopke, L.; Kopper, C.; Koskinen, D. J.; Koundal, P.; Kovacevich, M.; Kowalski, M.; Kozynets, T.; Krishnamoorthi, J.; Kruiswijk, K.; Krupczak, E.; Kumar, A.; Kun, E.; Kurahashi, N.; Lad, N.; Lagunas Gualda, C.; Lamoureux, M.; Larson, M. J.; Latseva, S.; Lauber, F.; Lazar, J. P.; Lee, J. W.; Leonard Deholton, K.; Leszczynska, A.; Liao, J.; Lincetto, M.; Liu, Y. T.; Liubarska, M.; Lohfink, E.; Love, C.; Lozano Mariscal, C. J.; Lu, L.; Lucarelli, F.; Luszczak, W.; Lyu, Y.; Madsen, J.; Magnus, E.; Mahn, K. B. M.; Makino, Y.; Manao, E.; Mancina, S.; Marie Sainte, W.; Maris, 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.; Micallef, J.; Mitchell, J.; Montaruli, T.; Moore, R. W.; Morii, Y.; Morse, R.; Moulai, M.; Mukherjee, T.; Naab, R.; Nagai, R.; Nakos, M.; Naumann, U.; Necker, J.; Negi, A.; Neste, L.; Neumann, M.; Niederhausen, H.; Nisa, M. U.; Noda, K.; Noell, A.; Novikov, A.; Obertacke Pollmann, A.; O'Dell, V.; Oeyen, B.; Olivas, A.; Orsoe, R.; Osborn, J.; O'Sullivan, E.; Pandya, H.; Park, N.; Parker, G. K.; Paudel, E. N.; Paul, L.; Perez De Los Heros, C.; Pernice, T.; Peterson, J.; Philippen, S.; Pizzuto, A.; Plum, M.; Ponten, A.; Popovych, Y.; Prado Rodriguez, M.; Pries, B.; Procter-Murphy, R.; Przybylski, G. T.; Raab, C.; Rack-Helleis, J.; Ravn, M.; Rawlins, K.; Rechav, Z.; Rehman, A.; Reichherzer, P.; Resconi, E.; Reusch, S.; Rhode, W.; Riedel, B.; Rifaie, A.; Roberts, E. J.; Robertson, S.; Rodan, S.; Roellinghoff, G.; Rongen, M.; Rosted, A.; Rott, C.; Ruhe, T.; Ruohan, L.; Ryckbosch, D.; 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.; Schluter, B.; Schluter, F.; Schmeisser, N.; Schmidt, T.; Schneider, J.; Schroder, F. G.; Schumacher, L.; Sclafani, S.; Seckel, D.; Seikh, M.; Seo, M.; Seunarine, S.; Sevle Myhr, P.; Shah, R.; Shefali, S.; Shimizu, N.; Silva, M.; Skrzypek, B.; Smithers, B.; Snihur, R.; Soedingrekso, J.; Sogaard, A.; Soldin, D.; Soldin, P.; Sommani, G.; Spannfellner, C.; Spiczak, G. M.; Spiering, C.; Sponsler, C.; Stamatikos, M.; Stanev, T.; Stezelberger, T.; Sturwald, T.; Stuttard, T.; Sullivan, G. W.; Taboada, I.; Ter-Antonyan, S.; Terliuk, A.; Thiesmeyer, M.; Thompson, W. G.; Thwaites, J.; Tilav, S.; Tollefson, K.; Tonnis, C.; Toscano, S.; Tosi, D.; Trettin, A.; Turcotte, R.; Twagirayezu, J. P.; Unland Elorrieta, M. A.; Upadhyay, A. K.; Upshaw, K.; Vaidyanathan, A.; Valtonen-Mattila, N.; Vandenbroucke, J.; Van Eijndhoven, N.; Vannerom, D.; Van Santen, J.; Vara, J.; Veitch-Michaelis, J.; Venugopal, M.; Vereecken, M.; 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, A.; Wolf, M.; Wrede, G.; X. W., Xu; Yanez, J. P.; Yildizci, E.; Yoshida, S.; Young, R.; Yu, S.; Yuan, T.; Zhang, Z.; Zhelnin, P.; Zilberman, P.; Zimmerman, M.

doi:10.1103/PhysRevLett.133.201804

This Letter presents the result of a 3+1 sterile neutrino search using 10.7 yr of IceCube data. We analyze atmospheric muon neutrinos that traverse the Earth with energies ranging from 0.5 to 100 TeV, incorporating significant improvements in modeling neutrino flux and detector response compared to earlier studies. Notably, for the first time, we categorize data into starting and throughgoing events, distinguishing neutrino interactions with vertices inside or outside the instrumented volume, to improve energy resolution. The best-fit point for a 3+1 model is found to be at sin2(2θ24)=0.16 and Δm412=3.5 eV2, which agrees with previous iterations of this Letter. The result is consistent with the null hypothesis of no sterile neutrinos with a p value of 3.1%.