Charmante Myonen im Eis

Abstract

In dieser Dissertation wird der Fluss hochenergetischer Myonen in einem Energiebereich von 10 TeV bis 1 PeV mit IceCube-Daten vom 13.05.2011 bis zum 15.05.2012 rekonstruiert und analysiert. Für diesen Zweck werden aus einem Datensatz mit Myon-Bündel-Ereignissen diejenigen Ereignisse separiert, bei denen ein Myon die anderen energetisch dominiert. Zur Separation wird ein Random-Forest-Modell verwendet, welches einen Datensatz hochenergetischer Myonen mit einer Effizienz von (40,8 +- 0,6) % und einer Reinheit von (93,1 +- 0,4) % erzeugt. Die Attribute für diese Separation werden durch den mRMR-Algorithmus bestimmt. Aus diesem Datensatz wird durch eine regularisierte Entfaltung mit der Software TRUEE das Energiespektrum der Myonen rekonstruiert. Die Hypothese einer prompten und konventionellen Komponente atmosphärischer Myonen ergibt Flussnormalisierungen von N(Konv.)=(1,03 +- 0,06) und N(Prompt)=(1,58 +- 1,57). Aufgrund der hohen Unsicherheit in der prompten Flussnormalisierung kann ein rein konventioneller Fluss nicht ausgeschlossen werden. Wird der Anteil an flavorfreien und charmhaltigen Beiträgen zur prompten Komponente als korrekt angenommen, so ergibt sich ein p-Wert von 0,045 für eine Überfluktuation der atmosphärischen Komponente oberhalb von 60 TeV des gemessenen IceCube-Neutrinoflusses. Dieser p-Wert impliziert eine astrophysikalische Komponente.

In this thesis the flux of high-energy muons in the energy regime from 10 TeV to 1 PeV is reconstructed and analyzed using data collected with the IceCube detector in the time span 13.05.2011 to 15.05.2012. From a data set containing muon bundles only those events are selected which contain a muon that is energetically dominating the others in the bundle. For the separation a Random Forest model is applied, resulting in a data set of high-energy muons with an efficiency of (40,8 +- 0,6) % and a purity of (93,1 +- 0,4) %. Attributes considered in the separation are selected by the mRMR algorithm. The energy spectrum of muons is reconstructed with a regularized unfolding using the software TRUEE. The hypothesis of a prompt and a conventional component of atmospheric muons results in flux normalizations of N(conv.)=(1,03 +- 0,06) und N(prompt)=(1,58 +- 1,57)$. Due to the large uncertainty of the prompt component, the hypothesis of a pure conventional flux cannot be excluded. Using these normalizations, it is possible to determine if the measured high-energy neutrino flux above 60 TeV is of atmospheric origin. The p-value for this hypothesis is found to be 0.045, which indicates the need of an astrophysical component to explain the excess at high energies.