Characterization of the astrophysical diffuse neutrino flux using starting track events in IceCube

Abbasi, R.; Ackermann, M.; Adams, J.; Agarwalla, S.  k.; Aguilar, J.  a.; Ahlers, M.; Alameddine, J.  m.; Amin, N.  m.; Andeen, K.; Anton, G.; Argüelles, C.; Ashida, Y.; Athanasiadou, S.; Ausborm, L.; Axani, S.  n.; Bai, X.; Balagopal, 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.; Blot, S.; Bontempo, F.; Book, J.  y.; Boscolo Meneguolo, C.; Böser, S.; Botner, O.; Böttcher, J.; Braun, J.; Brinson, B.; Brostean-Kaiser, J.; Brusa, L.; Burley, R.  t.; Busse, R.  s.; 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.; Deoskar, K.; Desai, A.; Desiati, P.; De Vries, K.  d.; De Wasseige, G.; Deyoung, T.; Diaz, A.; Díaz-Vélez, J.  c.; Dittmer, M.; Domi, A.; Draper, L.; Dujmovic, H.; Duvernois, M.  a.; Ehrhardt, T.; Eidenschink, L.; Eimer, A.; Eller, P.; Ellinger, E.; El Mentawi, S.; Elsässer, 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.; Fürst, P.; Gallagher, J.; Ganster, E.; Garcia, A.; 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.; Gries, O.; Griffin, S.; Griswold, S.; Groth, K.  m.; Günther, C.; Gutjahr, P.; Ha, C.; Haack, C.; Hallgren, A.; Halliday, R.; Halve, L.; Halzen, F.; Hamdaoui, H.; Ha Minh, M.; 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.; 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.; 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.; Köpke, 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.; Leszczyńska, A.; Liao, J.; Lincetto, M.; 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.; Mariş, I.  c.; Marka, S.; Marka, Z.; Marsee, M.; Martinez-Soler, I.; Maruyama, R.; Mayhew, F.; Mcelroy, T.; 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.; Neumann, M.; Niederhausen, H.; Nisa, M.  u.; Noell, A.; Novikov, A.; Nowicki, S.  c.; 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.; Pérez De Los Heros, C.; Pernice, T.; Peterson, J.; Philippen, S.; Pizzuto, A.; Plum, M.; Pontén, A.; Popovych, Y.; Prado Rodriguez, M.; Pries, B.; Procter-Murphy, R.; Przybylski, G.  t.; Raab, C.; Rack-Helleis, J.; 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.; Schlüter, B.; Schlüter, F.; Schmeisser, N.; Schmidt, T.; Schneider, J.; Schröder, 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.; Søgaard, A.; Soldin, D.; Soldin, P.; Sommani, G.; Spannfellner, C.; Spiczak, G.  m.; Spiering, C.; 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.; 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.; Null, Null

doi:10.1103/physrevd.110.022001

A measurement of the diffuse astrophysical neutrino spectrum is presented using IceCube data collected from 2011-2022 (10.3 years). We developed novel detection techniques to search for events with a contained vertex and exiting track induced by muon neutrinos undergoing a charged-current interaction. Searching for these starting track events allows us to not only more effectively reject atmospheric muons but also atmospheric neutrino backgrounds in the southern sky, opening a new window to the sub-100 TeV astrophysical neutrino sky. The event selection is constructed using a dynamic starting track veto and machine learning algorithms. We use this data to measure the astrophysical diffuse flux as a single power law flux (SPL) with a best-fit spectral index of γ=2.58-0.09+0.10 and per-flavor normalization of φper-flavorAstro=1.68-0.22+0.19×10-18×GeV-1 cm-2 s-1 sr-1 (at 100 TeV). The sensitive energy range for this dataset is 3-550 TeV under the SPL assumption. This data was also used to measure the flux under a broken power law, however we did not find any evidence of a low energy cutoff.