Ultra-high-energy cosmic neutrinos: at $ {10}^{15}\phantom{\rule{0.25em}{0ex}}\text{eV}$ energies and above

Shigeru Yoshida

doi:10.1016/j.crhy.2014.02.014

Ultra-high-energy cosmic rays / Rayons cosmiques d'ultra-haute énergie

Ultra-high-energy cosmic neutrinos: at

10^{15} eV

energies and above
[Neutrinos cosmiques d'ultra haute énergie :

10^{15} eV

et au-delà]

Shigeru Yoshida ¹

¹ Department of Physics, Graduate School of Science, Chiba University, Chiba 263-8522, Japan

Comptes Rendus. Physique, Ultra-high-energy cosmic rays: From the ankle to the tip of the spectrum, Volume 15 (2014) no. 4, pp. 309-317.

Résumé
Abstract

L'astronomie neutrino est enfin ouverte. La découverte des premiers événements neutrino de $10^{15} eV$ (PeV ou $10^{6} GeV$ ) par la collaboration IceCube suivie d'une recherche fructueuse d'événements dans la gamme des $10^{12} – 10^{15} eV$ a démontré l'existence d'un flux de neutrinos astrophysiques. Le flux est estimé à environ $E^{2} ϕ_{ν_{e} + ν_{μ} + ν_{τ}} = 3 \times 10^{- 8} GeV {cm}^{- 2} s^{- 1} {sr}^{- 1}$ , en accord avec l'intensité déduite du bilan énergétique des rayons cosmiques extragalactiques. Au-dessus de $10^{18} eV$ , la limite sévère obtenue par IceCube, $E^{2} ϕ_{ν_{e} + ν_{μ} + ν_{τ}} = 1.2 \times 10^{- 7} GeV {cm}^{- 2} s^{- 1} {sr}^{- 1}$ à $10^{19} eV$ , a atteint la région de flux prédite pour certaines classes de sources de rayons cosmiques d'ultra-haute énergie, fournissant ainsi des limites contraignantes du point de vue astrophysique sur l'origine des rayons cosmiques. Cette limite défavorise une forte évolution cosmologique de sources telles que celle des radio-galaxies Fanaroff–Riley de type II. Nous entrons dans l'ère où les neutrinos fournissent des indices pour résoudre le sempiternel mystère des rayons cosmiques.

The high-energy neutrino astronomy has finally bloomed. The discovery of the first $10^{15} eV$ (PeV or $10^{6} GeV$ ) neutrino events by the IceCube Collaboration followed by the dedicated search for $10^{12} – 10^{15} eV$ events exhibited the evidence of an astrophysical neutrino flux. The estimated flux level is around $E^{2} ϕ_{ν_{e} + ν_{μ} + ν_{τ}} = 3 \times 10^{- 8} GeV {cm}^{- 2} s^{- 1} {sr}^{- 1}$ , consistent with the intensity expected from the energetics of extragalactic cosmic rays. The strong bound of neutrino flux in the $10^{18} -eV$ range, which amounts to $E^{2} ϕ_{ν_{e} + ν_{μ} + ν_{τ}} = 1.2 \times 10^{- 7} GeV {cm}^{- 2} s^{- 1} {sr}^{- 1}$ at $1 \times 10^{19} eV$ provided by IceCube has reached the flux region predicted for some ultra-high-energy cosmic-ray source class candidates, leading to astrophysically meaningful constraints on the origin of cosmic rays. It disfavors strong cosmological evolution of the highest energy cosmic ray sources such as the Fanaroff–Riley type-II class of radio Galaxies. We live in an era when neutrinos provide clues to resolve long-standing mystery of ultra-high-energy cosmic rays.

Publié le : 2014-04-01

DOI : 10.1016/j.crhy.2014.02.014

Keywords: Cosmic rays, Neutrino, Ultra high energy, Cosmic ray sources
Mots-clés : Rayons cosmiques, Neutrino, Ultra-haute énergie, Sources des rayons cosmiques

Affiliations des auteurs :

Shigeru Yoshida ¹

¹ Department of Physics, Graduate School of Science, Chiba University, Chiba 263-8522, Japan

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