Neuartige Boten aus dem All

Abstract

Zu Beginn dieser Arbeit wurde die Bedeutung der Neutrinoastronomie und die Verbindung zu anderen Gebieten der Astroteilchenphysik verdeutlicht. Der IceCube- Detektor, mit dem diese Arbeit ermöglicht wurde, wurde diskutiert. Auch wurde das Detektionsproblem erläutert, welches auf den niedrigen Wirkungsquerschnitt zwischen Neutrinos und Materie und dem hohen Untergrund zurückzuführen ist. Es wurden weiterhin Methoden des maschinellen Lernens vorgestellt, welche in der Lage sind das Problem des hohen Untergrunds zu überwinden. Diese Methoden wurden auf die Daten des IC 79-Datensatzes angewandt und es konnte ein hochreiner Datensatz an Myon-Neutrinos erzeugt werden. Mit Hilfe neu entwickelter Validierungsmethoden wurde der verbleibende Untergrund untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass der verbleibende Untergrund niederenergetisch ist. Bei der Analyse des Datensatzes zeigt sich ein deutlicher Überschuss an Neutrinos bei sehr hohen rekonstruierten Myonenergien. Bei näherer Untersuchung konnte gezeigt werden, dass dieser Untergrund keine typischen Untergrund-Eigenschaft aufweist. Er liegt weder am Rande des Detektors, noch kommt er aus Richtung des Horizonts. Dadurch ist eine Erklärung des Überschusses ausgeschlossen. Mit der Methode der Entfaltung wurde eine Möglichkeit aufgezeigt, aus diesem Datensatz ein Spektrum in der Neutrinoenergie zu berechnen, obwohl die Neutrinoenergie nicht direkt messbar ist. Diese Methode wurde auf den zuvor erstellten Datensatz angewandt und es zeigt sich, dass auch in der Neutrinoenergie ein deutlicher Überschuss oberhalb von 100 TeV zu beobachten ist. Die erzielten Ergebnisse wurden mit anderen Messungen verglichen. Die Messungen im Bereich der atmosphärischen Neutrinokomponente sind kompatibel mit vorherigen Messungen. Die Ergebnisse oberhalb von 100 TeV sind nicht durch konventionelle atmosphärische Neutrinos zu erklären. Die Anpassung und der statistische Test über einen Likelihood-Quotienten-Test ergibt, dass es höchst- wahrscheinlich eine astrophysikalische Komponente gibt. Die Siginifikanz dieser Aussage ist abhängig davon, wie hoch die Normierung der prompten Komponente ist. Mit der Annahme aus [ERS08] ergibt sich eine Signfikanz von 6.65 , dass der gemessene Datensatz nicht irdischen Ursprungs ist.