Measurement of the atmospheric νμ energy spectrum from 100 GeV to 200 TeV with the ANTARES telescope

  • S. Adrián-Martínez
  • A. Albert
  • I. Al Samarai
  • M. André
  • M. Anghinolfi
  • G. Anton
  • S. Anvar
  • M. Ardid
  • T. Astraatmadja
  • J.-J. Aubert
  • B. Baret
  • J. Barrios-Martí
  • S. Basa
  • V. Bertin
  • S. Biagi
  • C. Bigongiari
  • C. Bogazzi
  • B. Bouhou
  • M. C. Bouwhuis
  • R. Bruijn
  • J. Brunner
  • J. Busto
  • A. Capone
  • L. Caramete
  • C. Cârloganu
  • J. Carr
  • S. Cecchini
  • Z. Charif
  • Ph. Charvis
  • T. Chiarusi
  • M. Circella
  • F. Classen
  • L. Core
  • H. Costantini
  • P. Coyle
  • A. Creusot
  • C. Curtil
  • I. Dekeyser
  • A. Deschamps
  • G. De Bonis
  • M. P. Decowski
  • C. Distefano
  • C. Donzaud
  • D. Dornic
  • Q. Dorosti
  • D. Drouhin
  • A. Dumas
  • T. Eberl
  • U. Emanuele
  • A. Enzenhöfer
  • J.-P. Ernenwein
  • S. Escoffier
  • K. Fehn
  • P. Fermani
  • V. Flaminio
  • F. Folger
  • U. Fritsch
  • L. A. Fusco
  • S. Galatà
  • P. Gay
  • S. Geißelsöder
  • K. Geyer
  • G. Giacomelli
  • V. Giordano
  • A. Gleixner
  • J. P. Gómez-González
  • K. Graf
  • G. Guillard
  • H. van Haren
  • A. J. Heijboer
  • Y. Hello
  • J. J. Hernández-Rey
  • B. Herold
  • J. Hößl
  • C. W. James
  • M. de Jong
  • M. Kadler
  • O. Kalekin
  • A. Kappes
  • U. Katz
  • P. Kooijman
  • A. Kouchner
  • I. Kreykenbohm
  • V. Kulikovskiy
  • R. Lahmann
  • E. Lambard
  • G. Lambard
  • G. Larosa
  • D. Lattuada
  • D. Lefèvre
  • E. Leonora
  • D. Lo Presti
  • H. Loehner
  • S. Loucatos
  • F. Louis
  • S. Mangano
  • M. Marcelin
  • A. Margiotta
  • J. A. Martínez-Mora
  • S. Martini
  • T. Michael
  • T. Montaruli
  • M. Morganti
  • H. Motz
  • C. Mueller
  • M. Neff
  • E. Nezri
  • D. Palioselitis
  • G. E. Păvălaş
  • C. Perrina
  • P. Piattelli
  • V. Popa
  • T. Pradier
  • C. Racca
  • R. Richter
  • C. Rivière
  • A. Robert
  • K. Roensch
  • A. Rostovtsev
  • D. F. E. Samtleben
  • M. Sanguineti
  • P. Sapienza
  • J. Schmid
  • J. Schnabel
  • S. Schulte
  • F. Schüssler
  • T. Seitz
  • R. Shanidze
  • C. Sieger
  • F. Simeone
  • A. Spies
  • M. Spurio
  • J. J. M. Steijger
  • Th. Stolarczyk
  • A. Sánchez-Losa
  • M. Taiuti
  • C. Tamburini
  • Y. Tayalati
  • A. Trovato
  • B. Vallage
  • C. Vallée
  • V. Van Elewyck
  • P. Vernin
  • E. Visser
  • S. Wagner
  • J. Wilms
  • E. de Wolf
  • K. Yatkin
  • H. Yepes
  • J. D. Zornoza
  • J. Zúñiga
Regular Article - Experimental Physics

Abstract

Atmospheric neutrinos are produced during cascades initiated by the interaction of primary cosmic rays with air nuclei. In this paper, a measurement of the atmospheric \(\nu_{\mu} + \bar{\nu}_{\mu}\) energy spectrum in the energy range 0.1–200 TeV is presented, using data collected by the ANTARES underwater neutrino telescope from 2008 to 2011. Overall, the measured flux is ∼25 % higher than predicted by the conventional neutrino flux, and compatible with the measurements reported in ice. The flux is compatible with a single power-law dependence with spectral index γmeas=3.58±0.12. With the present statistics the contribution of prompt neutrinos cannot be established.

References

  1. 1.
    Y. Fukuda et al., Phys. Rev. Lett. 82, 2644 (1999) ADSCrossRefGoogle Scholar
  2. 2.
    M. Ambrosio et al., Phys. Lett. B 434, 451 (1998) ADSCrossRefGoogle Scholar
  3. 3.
    M. Sanchez et al., Phys. Rev. D 68, 113004 (2003) ADSCrossRefGoogle Scholar
  4. 4.
    S. Adrián-Martínez et al., Phys. Lett. B 714, 224 (2012) ADSCrossRefGoogle Scholar
  5. 5.
    M.G. Aartsen et al., Measurement of atmospheric neutrino oscillations with IceCube. Subm to PRL. arXiv:1305.3909v1 [hep-ex]
  6. 6.
    E.Kh. Akhmedov et al., J. High Energy Phys. 02, 082 (2013) MathSciNetADSCrossRefGoogle Scholar
  7. 7.
    D. Morgan et al., Astropart. Phys. 29, 345 (2008) ADSCrossRefGoogle Scholar
  8. 8.
    G. Battistoni et al., Phys. Lett. B 615, 14 (2005) ADSCrossRefGoogle Scholar
  9. 9.
    K. Daum et al., Z. Phys. C 66, 417 (1995) ADSCrossRefGoogle Scholar
  10. 10.
    C. Gonzalez-Garcia, M. Maltoni, J. Rojo, J. High Energy Phys. 10, 75 (2006) ADSCrossRefGoogle Scholar
  11. 11.
    R. Abbasi et al., Phys. Rev. D 79, 102005 (2009) MathSciNetADSCrossRefGoogle Scholar
  12. 12.
    R. Abbasi et al., Astropart. Phys. 34, 48 (2010) ADSCrossRefGoogle Scholar
  13. 13.
    R. Abbasi et al., Phys. Rev. D 83, 012001 (2011) MathSciNetADSCrossRefGoogle Scholar
  14. 14.
    T. Chiarusi, M. Spurio, Eur. Phys. J. C 65, 649 (2010) ADSCrossRefGoogle Scholar
  15. 15.
    M. Ageron et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A 656, 11 (2011) ADSCrossRefGoogle Scholar
  16. 16.
    J.A. Aguilar et al., Phys. Lett. B 696, 16 (2011) ADSCrossRefGoogle Scholar
  17. 17.
    S. Adrián-Martínez et al., Astropart. Phys. 760, 53 (2013) CrossRefGoogle Scholar
  18. 18.
    L.V. Volkova, G.T. Zatsepin, Sov. J. Nucl. Phys. 37, 212 (1980) Google Scholar
  19. 19.
    T.K. Gaisser, Cosmic Rays and Particle Physics (Cambridge University Press, Cambridge, 1991). ISBN 978-0521339315 Google Scholar
  20. 20.
    G.D. Barr, T.K. Gaisser, P. Lipari, S. Robbins, T. Stanev, Phys. Rev. D 70, 023006 (2004). The extension of high energy is in 2009. http://www-pnp.physics.ox.ac.uk/~barr/fluxfiles/ ADSCrossRefGoogle Scholar
  21. 21.
    M. Honda et al., Phys. Rev. D 75, 043006 (2007) MathSciNetADSCrossRefGoogle Scholar
  22. 22.
    G.D. Barr et al., Phys. Rev. D 74, 094009 (2006) ADSCrossRefGoogle Scholar
  23. 23.
    C.G.S. Costa, Astropart. Phys. 16, 193 (2001) ADSCrossRefGoogle Scholar
  24. 24.
    A. Martin et al., Acta Phys. Pol. B 34, 3273 (2003) ADSGoogle Scholar
  25. 25.
    R. Enberg et al., Phys. Rev. D 78, 043005 (2008) ADSCrossRefGoogle Scholar
  26. 26.
    P. Amram et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A 484, 369 (2002) ADSCrossRefGoogle Scholar
  27. 27.
    J.A. Aguilar et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A 555, 132 (2005) ADSCrossRefGoogle Scholar
  28. 28.
    J.A. Aguilar et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A 622, 59 (2010) ADSCrossRefGoogle Scholar
  29. 29.
    J.A. Aguilar et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A 570, 106 (2007) ADSCrossRefGoogle Scholar
  30. 30.
    S. Adrián-Martínez et al., J. Instrum. 7, T08002 (2012) CrossRefGoogle Scholar
  31. 31.
    M. Ageron et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A 578, 498 (2007) ADSCrossRefGoogle Scholar
  32. 32.
    J.A. Aguilar et al., Astropart. Phys. 34, 539 (2011) ADSCrossRefGoogle Scholar
  33. 33.
    S. Klimushin, E. Bugaev, I. Sokalski, in Proceedings of the 27th ICRC, Hamburg, Germany (2001). arXiv:hep-ph/0106010 Google Scholar
  34. 34.
    D. Palioselitis, Measurement of the atmospheric neutrino energy spectrum. PhD thesis, University of Amsterdam. http://antares.in2p3.fr/Publications/thesis/2012/PhDThesis_Palioselitis.pdf
  35. 35.
    F. Schüssler for the ANTARES Collaboration, Energy reconstruction in neutrino telescopes. ICRC 2013, ID 421 Google Scholar
  36. 36.
    A.N. Tikhonov, Sov. Math. 4, 1035 (1963) Google Scholar
  37. 37.
    A. Hocker, V. Kartvelishvili, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A 372, 469 (1996) ADSCrossRefGoogle Scholar
  38. 38.
    G. D’Agostini, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A 362, 487 (1995) ADSCrossRefGoogle Scholar
  39. 39.
  40. 40.
  41. 41.
    J. Brunner, Antares simulation tools. 1st VLVnT workshop, Amsterdam, The Netherlands, 5–8 Oct (2003). http://www.vlvnt.nl/proceedings/
  42. 42.
    J. Pumplin et al., J. High Energy Phys. 07, 012 (2002) ADSCrossRefGoogle Scholar
  43. 43.
    Y. Becherini, A. Margiotta, M. Sioli, M. Spurio, Astropart. Phys. 25, 1 (2006) ADSCrossRefGoogle Scholar
  44. 44.
    G. Carminati, M. Bazzotti, A. Margiotta, M. Spurio, Comput. Phys. Commun. 179, 915 (2008) ADSCrossRefGoogle Scholar
  45. 45.
    L.A. Fusco. Master thesis, University of Bologna. http://antares.in2p3.fr/Publications/thesis/2012/Master_Fusco.pdf
  46. 46.
    J.A. Aguilar et al., Astropart. Phys. 33, 86 (2010) ADSCrossRefGoogle Scholar
  47. 47.
    J.A. Aguilar et al., Astropart. Phys. 34, 179 (2010) MathSciNetADSCrossRefGoogle Scholar
  48. 48.
    M. Ambrosio et al., Eur. Phys. J. C 36, 323 (2004) CrossRefGoogle Scholar
  49. 49.
    R. Abbasi et al., Phys. Rev. D 84, 082001 (2011) ADSCrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© The Author(s) 2013

Authors and Affiliations

  • S. Adrián-Martínez
    • 1
  • A. Albert
    • 2
  • I. Al Samarai
    • 3
  • M. André
    • 4
  • M. Anghinolfi
    • 5
  • G. Anton
    • 6
  • S. Anvar
    • 7
  • M. Ardid
    • 1
  • T. Astraatmadja
    • 8
  • J.-J. Aubert
    • 3
  • B. Baret
    • 9
  • J. Barrios-Martí
    • 10
  • S. Basa
    • 11
  • V. Bertin
    • 3
  • S. Biagi
    • 12
    • 13
  • C. Bigongiari
    • 10
  • C. Bogazzi
    • 8
  • B. Bouhou
    • 9
  • M. C. Bouwhuis
    • 8
  • R. Bruijn
    • 30
    • 8
  • J. Brunner
    • 3
  • J. Busto
    • 3
  • A. Capone
    • 14
    • 15
  • L. Caramete
    • 16
  • C. Cârloganu
    • 17
  • J. Carr
    • 3
  • S. Cecchini
    • 12
  • Z. Charif
    • 3
  • Ph. Charvis
    • 18
  • T. Chiarusi
    • 12
  • M. Circella
    • 19
  • F. Classen
    • 6
  • L. Core
    • 3
  • H. Costantini
    • 3
  • P. Coyle
    • 3
  • A. Creusot
    • 9
  • C. Curtil
    • 3
  • I. Dekeyser
    • 21
    • 22
  • A. Deschamps
    • 18
  • G. De Bonis
    • 14
    • 15
  • M. P. Decowski
    • 30
    • 8
  • C. Distefano
    • 20
  • C. Donzaud
    • 23
    • 9
  • D. Dornic
    • 3
  • Q. Dorosti
    • 24
  • D. Drouhin
    • 2
  • A. Dumas
    • 17
  • T. Eberl
    • 6
  • U. Emanuele
    • 10
  • A. Enzenhöfer
    • 6
  • J.-P. Ernenwein
    • 3
  • S. Escoffier
    • 3
  • K. Fehn
    • 6
  • P. Fermani
    • 14
    • 15
  • V. Flaminio
    • 25
    • 26
  • F. Folger
    • 6
  • U. Fritsch
    • 6
  • L. A. Fusco
    • 12
    • 13
  • S. Galatà
    • 9
  • P. Gay
    • 17
  • S. Geißelsöder
    • 6
  • K. Geyer
    • 6
  • G. Giacomelli
    • 12
    • 13
  • V. Giordano
    • 33
  • A. Gleixner
    • 6
  • J. P. Gómez-González
    • 10
  • K. Graf
    • 6
  • G. Guillard
    • 17
  • H. van Haren
    • 27
  • A. J. Heijboer
    • 8
  • Y. Hello
    • 18
  • J. J. Hernández-Rey
    • 10
  • B. Herold
    • 6
  • J. Hößl
    • 6
  • C. W. James
    • 6
  • M. de Jong
    • 8
  • M. Kadler
    • 28
  • O. Kalekin
    • 6
  • A. Kappes
    • 6
  • U. Katz
    • 6
  • P. Kooijman
    • 29
    • 30
    • 8
  • A. Kouchner
    • 9
  • I. Kreykenbohm
    • 31
  • V. Kulikovskiy
    • 32
    • 5
  • R. Lahmann
    • 6
  • E. Lambard
    • 3
  • G. Lambard
    • 10
  • G. Larosa
    • 1
  • D. Lattuada
    • 20
  • D. Lefèvre
    • 21
    • 22
  • E. Leonora
    • 33
    • 34
  • D. Lo Presti
    • 33
    • 34
  • H. Loehner
    • 24
  • S. Loucatos
    • 35
  • F. Louis
    • 7
  • S. Mangano
    • 10
  • M. Marcelin
    • 11
  • A. Margiotta
    • 12
    • 13
  • J. A. Martínez-Mora
    • 1
  • S. Martini
    • 21
    • 22
  • T. Michael
    • 8
  • T. Montaruli
    • 19
    • 36
  • M. Morganti
    • 25
  • H. Motz
    • 6
  • C. Mueller
    • 31
  • M. Neff
    • 6
  • E. Nezri
    • 11
  • D. Palioselitis
    • 8
  • G. E. Păvălaş
    • 16
  • C. Perrina
    • 14
    • 15
  • P. Piattelli
    • 20
  • V. Popa
    • 16
  • T. Pradier
    • 37
  • C. Racca
    • 2
  • R. Richter
    • 6
  • C. Rivière
    • 3
  • A. Robert
    • 21
    • 22
  • K. Roensch
    • 6
  • A. Rostovtsev
    • 38
  • D. F. E. Samtleben
    • 39
    • 8
  • M. Sanguineti
    • 5
  • P. Sapienza
    • 20
  • J. Schmid
    • 6
  • J. Schnabel
    • 6
  • S. Schulte
    • 8
  • F. Schüssler
    • 35
  • T. Seitz
    • 6
  • R. Shanidze
    • 6
  • C. Sieger
    • 6
  • F. Simeone
    • 14
    • 15
  • A. Spies
    • 6
  • M. Spurio
    • 12
    • 13
  • J. J. M. Steijger
    • 8
  • Th. Stolarczyk
    • 35
  • A. Sánchez-Losa
    • 10
  • M. Taiuti
    • 40
    • 5
  • C. Tamburini
    • 21
    • 22
  • Y. Tayalati
    • 41
  • A. Trovato
    • 20
  • B. Vallage
    • 35
  • C. Vallée
    • 3
  • V. Van Elewyck
    • 9
  • P. Vernin
    • 35
  • E. Visser
    • 8
  • S. Wagner
    • 6
  • J. Wilms
    • 31
  • E. de Wolf
    • 30
    • 8
  • K. Yatkin
    • 3
  • H. Yepes
    • 10
  • J. D. Zornoza
    • 10
  • J. Zúñiga
    • 10
  1. 1.Institut d’Investigació per a la Gestió Integrada de les Zones Costaneres (IGIC)Universitat Politècnica de ValènciaGandiaSpain
  2. 2.GRPHE—Institut universitaire de technologie de ColmarColmarFrance
  3. 3.CPPM, CNRS/IN2P3Aix-Marseille UniversitéMarseilleFrance
  4. 4.Laboratory of Applied BioacousticsTechnical University of CataloniaVilanova i la GeltrúSpain
  5. 5.INFN—Sezione di GenovaGenovaItaly
  6. 6.Erlangen Centre for Astroparticle PhysicsFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-NürnbergErlangenGermany
  7. 7.Direction des Sciences de la Matière—Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers—Service d’Electronique des Détecteurs et d’InformatiqueCEA SaclayGif-sur-Yvette CedexFrance
  8. 8.NikhefAmsterdamThe Netherlands
  9. 9.APC, CNRS/IN2P3, CEA/IRFU, Observatoire de ParisUniversité Paris DiderotParisFrance
  10. 10.IFIC—Instituto de Física Corpuscular, Edificios Investigación de PaternaCSIC—Universitat de ValènciaValenciaSpain
  11. 11.LAM—Laboratoire d’Astrophysique de MarseillePôle de l’Étoile Site de Château-GombertMarseille Cedex 13France
  12. 12.INFN—Sezione di BolognaBolognaItaly
  13. 13.Dipartimento di Fisica dell’UniversitàBolognaItaly
  14. 14.INFN—Sezione di RomaRomaItaly
  15. 15.Dipartimento di Fisica dell’Università La SapienzaRomaItaly
  16. 16.Institute for Space SciencesBucharestRomania
  17. 17.Université Blaise Pascal, CNRS/IN2P3, Laboratoire de Physique CorpusculaireClermont UniversitéClermont-FerrandFrance
  18. 18.Géoazur, CNRS/INSU, IRD, Observatoire de la Côte d’AzurUniversité Nice Sophia-AntipolisSophia AntipolisFrance
  19. 19.INFN—Sezione di BariBariItaly
  20. 20.INFN----Laboratori Nazionali del Sud (LNS)CataniaItaly
  21. 21.Mediterranean Institute of Oceanography (MIO)Aix-Marseille UniversityMarseille Cedex 9France
  22. 22.CNRS-INSU/IRD UM 110Université du Sud Toulon-VarLa Garde CedexFrance
  23. 23.Univ Paris-SudOrsay CedexFrance
  24. 24.Kernfysisch Versneller Instituut (KVI)University of GroningenGroningenThe Netherlands
  25. 25.INFN—Sezione di PisaPisaItaly
  26. 26.Dipartimento di Fisica dell’UniversitàPisaItaly
  27. 27.Royal Netherlands Institute for Sea Research (NIOZ)’t Horntje (Texel)The Netherlands
  28. 28.Institut für Theoretische Physik und AstrophysikUniversität WürzburgWürzburgGermany
  29. 29.Faculteit BetawetenschappenUniversiteit UtrechtUtrechtThe Netherlands
  30. 30.Instituut voor Hoge-Energie FysicaUniversiteit van AmsterdamXG AmsterdamThe Netherlands
  31. 31.Dr. Remeis-Sternwarte and ECAPUniversität Erlangen-NürnbergBambergGermany
  32. 32.Skobeltsyn Institute of Nuclear PhysicsMoscow State UniversityMoscowRussia
  33. 33.INFN—Sezione di CataniaCataniaItaly
  34. 34.Dipartimento di Fisica ed Astronomia dell’UniversitàCataniaItaly
  35. 35.Direction des Sciences de la Matière, Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers, Service de Physique des ParticulesCEA SaclayGif-sur-Yvette CedexFrance
  36. 36.Département de Physique Nucléaire et CorpusculaireUniversité de GenèveGenevaSwitzerland
  37. 37.IPHC-Institut Pluridisciplinaire Hubert CurienUniversité de Strasbourg et CNRS/IN2P3Strasbourg Cedex 2France
  38. 38.ITEP—Institute for Theoretical and Experimental PhysicsMoscowRussia
  39. 39.Leids Instituut voor Onderzoek in NatuurkundeUniversiteit LeidenLeidenThe Netherlands
  40. 40.Dipartimento di Fisica dell’UniversitàGenovaItaly
  41. 41.Laboratory of Physics of Matter and RadiationsUniversity Mohammed IOujdaMorocco

Personalised recommendations