Measurement of the atmospheric neutrino energy spectrum from 100 GeV to 400 TeV with IceCube

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作者：

Abbasi, R. ^{[30
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Abdou, Y. ^{[24
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Abu-Zayyad, T. ^{[36
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Adams, J. ^{[18
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Aguilar, J. A. ^{[30
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Ahlers, M. ^{[35
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Andeen, K. ^{[30
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Auffenberg, J. ^{[43
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Bai, X. ^{[33
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Baker, M. ^{[30
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Barwick, S. W. ^{[26
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Bay, R. ^{[9
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Alba, J. L. Bazo ^{[44
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Beattie, K. ^{[10
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Beatty, J. J. ^{[19
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Bechet, S. ^{[15
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Becker, J. K. ^{[12
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Becker, K. -H. ^{[43
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Benabderrahmane, M. L. ^{[44
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BenZvi, S. ^{[30
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Berdermann, J. ^{[44
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Berghaus, P. ^{[30
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Berley, D. ^{[1
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Bernardini, E. ^{[44
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Bertrand, D. ^{[15
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Besson, D. Z. ^{[28
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Bissok, M. ^{[2
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Blaufuss, E. ^{[1
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Blumenthal, J. ^{[2
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Boersma, D. J. ^{[2
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Bohm, C. ^{[37
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Boeser, S. ^{[13
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Botner, O. ^{[41
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Braun, J. ^{[30
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Buitink, S. ^{[10
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Carson, M. ^{[24
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Chirkin, D. ^{[30
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Christy, B. ^{[1
]}

Clem, J. ^{[33
,34
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Clevermann, F. ^{[22
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Cohen, S. ^{[27
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Colnard, C. ^{[25
]}

Cowen, D. F. ^{[39
,40
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D'Agostino, M. V. ^{[9
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Danninger, M. ^{[37
,38
]}

Davis, J. C. ^{[19
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De Clercq, C. ^{[16
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Demiroers, L. ^{[27
]}

Depaepe, O. ^{[16
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机构：

[1] Univ Maryland, Dept Phys, College Pk, MD 20742 USA

[2] Rhein Westfal TH Aachen, Inst Phys 3, D-52056 Aachen, Germany

[3] Univ Alabama, Dept Phys & Astron, Tuscaloosa, AL 35487 USA

[4] Univ Alaska Anchorage, Dept Phys & Astron, Anchorage, AK 99508 USA

[5] Clark Atlanta Univ, CTSPS, Atlanta, GA 30314 USA

[6] Georgia Inst Technol, Sch Phys, Atlanta, GA 30332 USA

[7] Georgia Inst Technol, Ctr Relativist Astrophys, Atlanta, GA 30332 USA

[8] Southern Univ, Dept Phys, Baton Rouge, LA 70813 USA

[9] Univ Calif Berkeley, Dept Phys, Berkeley, CA 94720 USA

[10] Univ Calif Berkeley, Lawrence Berkeley Lab, Berkeley, CA 94720 USA

[11] Humboldt Univ, Inst Phys, D-12489 Berlin, Germany

[12] Ruhr Univ Bochum, Fak Phys & Astron, D-44780 Bochum, Germany

[13] Univ Bonn, Inst Phys, D-53115 Bonn, Germany

[14] Univ W Indies, Dept Phys, BB-11000 Bridgetown, Barbados

[15] Univ Libre Bruxelles, Fac Sci, B-1050 Brussels, Belgium

[16] Vrije Univ Brussel, Dienst ELEM, B-1050 Brussels, Belgium

[17] Chiba Univ, Dept Phys, Chiba 2638522, Japan

[18] Univ Canterbury, Dept Phys & Astron, Christchurch 1, New Zealand

[19] Ohio State Univ, Dept Phys, Columbus, OH 43210 USA

[20] Ohio State Univ, Ctr Cosmol & AstroParticle Phys, Columbus, OH 43210 USA

[21] Ohio State Univ, Dept Astron, Columbus, OH 43210 USA

[22] TU Dortmund Univ, Dept Phys, D-44221 Dortmund, Germany

[23] Univ Alberta, Dept Phys, Edmonton, AB T6G 2G7, Canada

[24] Univ Ghent, Dept Subatom & Radiat Phys, B-9000 Ghent, Belgium

[25] Max Planck Inst Kernphys, D-69177 Heidelberg, Germany

[26] Univ Calif Irvine, Dept Phys & Astron, Irvine, CA 92697 USA

[27] Ecole Polytech Fed Lausanne, High Energy Phys Lab, CH-1015 Lausanne, Switzerland

[28] Univ Kansas, Dept Phys & Astron, Lawrence, KS 66045 USA

[29] Univ Wisconsin, Dept Astron, Madison, WI 53706 USA

[30] Univ Wisconsin, Dept Phys, Madison, WI 53706 USA

[31] Johannes Gutenberg Univ Mainz, Inst Phys, D-55099 Mainz, Germany

[32] Univ Mons, B-7000 Mons, Belgium

[33] Univ Delaware, Bartol Res Inst, Newark, DE 19716 USA

[34] Univ Delaware, Dept Phys & Astron, Newark, DE 19716 USA

[35] Univ Oxford, Dept Phys, Oxford OX1 3NP, England

[36] Univ Wisconsin, Dept Phys, River Falls, WI 54022 USA

[37] Stockholm Univ, Oskar Klein Ctr, SE-10691 Stockholm, Sweden

[38] Stockholm Univ, Dept Phys, SE-10691 Stockholm, Sweden

[39] Penn State Univ, Dept Astron & Astrophys, University Pk, PA 16802 USA

[40] Penn State Univ, Dept Phys, University Pk, PA 16802 USA

[41] Uppsala Univ, Dept Phys & Astron, S-75120 Uppsala, Sweden

[42] Univ Utrecht, Dept Phys & Astron, SRON, NL-3584 CC Utrecht, Netherlands

[43] Univ Wuppertal, Dept Phys, D-42119 Wuppertal, Germany

[44] DESY, D-15735 Zeuthen, Germany

[45] Univ Bari, Dipartmento Fis, Sez INFN, I-70126 Bari, Italy

[46] NASA, Goddard Space Flight Ctr, Greenbelt, MD 20771 USA

来源：

PHYSICAL REVIEW D | 2011年 / 83卷 / 01期

基金：

美国国家科学基金会; 瑞典研究理事会; 瑞士国家科学基金会;

关键词：

SOUTH-POLE; TRACK RECONSTRUCTION; OPTICAL-PROPERTIES; DEEP ICE; TELESCOPES; ABSORPTION; SCATTERING; DETECTOR; AMANDA; FLUX;

D O I：

10.1103/PhysRevD.83.012001

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

A measurement of the atmospheric muon neutrino energy spectrum from 100 GeV to 400 TeV was performed using a data sample of about 18 000 up-going atmospheric muon neutrino events in IceCube. Boosted decision trees were used for event selection to reject misreconstructed atmospheric muons and obtain a sample of up-going muon neutrino events. Background contamination in the final event sample is less than 1%. This is the first measurement of atmospheric neutrinos up to 400 TeV, and is fundamental to understanding the impact of this neutrino background on astrophysical neutrino observations with IceCube. The measured spectrum is consistent with predictions for the atmospheric nu(mu) + (nu) over bar (mu) flux.

引用

页数：19

共 45 条

[1] The energy spectrum of atmospheric neutrinos between 2 and 200 TeV with the AMANDA-II detector [J].

Abbasi, R. ;

Abdou, Y. ;

Abu-Zayyad, T. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Andeen, K. ;

Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, Sw ;

Bay, R. ;

Alba, J. L. Bazo ;

Beattie, K. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K. -H. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bradley, L. ;

Braun, J. ;

Buitink, S. ;

Carson, M. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clem, J. ;

Clevermann, F. ;

Cohen, S. ;

Colnard, C. ;

Cowen, D. F. ;

D'Agostino, M. V. ;

Danninger, M. ;

De Clercq, C. ;

Demiroers, L. ;

Depaepe, O. ;

Descamps, F. ;

Desiati, P. ;

de Vries-Uiterweerd, G. .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2010, 34 (01) :48-58

[2] MEASUREMENT OF THE ANISOTROPY OF COSMIC-RAY ARRIVAL DIRECTIONS WITH ICECUBE [J].

Abbasi, R. ;

Abdou, Y. ;

Abu-Zayyad, T. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Andeen, K. ;

Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Alba, J. L. Bazo ;

Beattie, K. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K. -H. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

BenZvi, S. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bradley, L. ;

Braun, J. ;

Buitink, S. ;

Carson, M. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clem, J. ;

Clevermann, F. ;

Cohen, S. ;

Colnard, C. ;

Cowen, D. F. ;

D'Agostino, M. V. ;

Danninger, M. ;

Davis, J. C. ;

De Clercq, C. ;

Demiroers, L. ;

Depaepe, O. ;

Descamps, F. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2010, 718 (02) :L194-L198

[3] Calibration and characterization of the IceCube photomultiplier tube [J].

Abbasi, R. ;

Abdou, Y. ;

Abu-Zayyad, T. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Andeen, K. ;

Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Alba, J. L. Bazo ;

Beattie, K. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K. -H. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Botner, O. ;

Bradley, L. ;

Braun, J. ;

Buitink, S. ;

Carson, M. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clem, J. ;

Cohen, S. ;

Colnard, C. ;

Cowen, D. F. ;

D'Agostino, M. V. ;

Danninger, M. ;

De Clercq, C. ;

Demiroers, L. ;

Depaepe, O. ;

Descamps, F. ;

Desiati, P. ;

de Vries-Uiterweerd, G. ;

DeYoung, T. ;

Diaz-Velez, J. C. .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2010, 618 (1-3) :139-152

[4] Determination of the atmospheric neutrino flux and searches for new physics with AMANDA-II [J].

Abbasi, R. ;

Abdou, Y. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Ahlers, M. ;

Andeen, K. ;

Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Alba, J. L. Bazo ;

Beattie, K. ;

Bechet, S. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K. -H. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bolmont, J. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bradley, L. ;

Braun, J. ;

Breder, D. ;

Burgess, T. ;

Castermans, T. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clem, J. ;

Cohen, S. ;

Cowen, D. F. ;

D'Agostino, M. V. ;

Danninger, M. ;

Day, C. T. ;

De Clercq, C. ;

Demiroers, L. ;

Depaepe, O. ;

Descamps, F. ;

Desiati, P. ;

de Vries-Uiterweerd, G. ;

DeYoung, T. .

PHYSICAL REVIEW D, 2009, 79 (10)

[5] The IceCube data acquisition system: Signal capture, digitization, and timestamping [J].

Abbasi, R. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, J. ;

Andeen, K. ;

Auffenberge, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Alba, J. L. Bazo ;

Beattie, K. ;

Becka, T. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K-H. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bingham, B. ;

Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bolmont, J. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Braun, J. ;

Breeder, D. ;

Burgess, T. ;

Carithers, W. ;

Castermans, T. ;

Chen, H. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clem, J. ;

Cowen, D. F. ;

D'Agostino, M. V. ;

Danninger, M. ;

Davour, A. ;

Day, C. T. ;

Depaepe, O. ;

De Clercq, C. ;

Demiroers, L. ;

Descamps, F. ;

Desiati, P. ;

de Vries-Uiterweerd, G. ;

DeYoung, T. ;

Diaz-Velez, J. C. .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2009, 601 (03) :294-316

[6] Five years of searches for point sources of astrophysical neutrinos with the AMANDA-II neutrino telescope [J].

Achterberg, A. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Ahrens, J. ;

Andeen, K. ;

Atlee, D. W. ;

Bahcall, J. N. ;

Bai, X. ;

Baret, B. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Beattie, K. ;

Becka, T. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K.-H. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bolmont, J. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bouchta, A. ;

Braun, J. ;

Burgess, C. ;

Burgess, T. ;

Castermans, T. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clem, J. ;

Cowen, D. F. ;

D'Agostino, M. V. ;

Davour, A. ;

Day, C. T. ;

De Clercq, C. ;

Demirors, L. ;

Descamps, F. ;

Desiati, P. ;

DeYoung, T. ;

Diaz-Velez, J. C. ;

Dreyer, J. ;

Dumm, J. P. ;

Duvoort, M. R. ;

Edwards, W. R. ;

Ehrlich, R. ;

Eisch, J. .

PHYSICAL REVIEW D, 2007, 75 (10)

[7] First year performance of the IceCube neutrino telescope [J].

Achterberg, A. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Ahrens, J. ;

Andeen, K. ;

Atlee, D. W. ;

Baccus, J. ;

Bahcall, J. N. ;

Bai, X. ;

Baret, B. ;

Bartelt, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Beattie, K. ;

Becka, T. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K. -H. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bouchta, A. ;

Braun, J. ;

Burgess, C. ;

Burgess, T. ;

Castermans, T. ;

Cherwinka, J. ;

Chirkin, D. ;

Clem, J. ;

Cowen, D. F. ;

D'Agostino, M. V. ;

Davour, A. ;

Day, C. T. ;

De Clercq, C. ;

Demiroer, L. ;

Desiati, P. ;

DeYoung, T. ;

Diaz-Velez, J. C. ;

Dreyer, J. ;

Duvoort, M. R. ;

Edwards, W. R. ;

Ehrlich, R. ;

Eisch, J. ;

Elcheikh, A. ;

Ellsworth, R. W. .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2006, 26 (03) :155-173

[8]

ACHTERBERG A, ARXIVASTROPH0509330

[9] Optical properties of deep glacial ice at the South Pole [J].

Ackermann, M. ;

Ahrens, J. ;

Bai, X. ;

Bartelt, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. C. ;

Becka, T. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K. -H. ;

Berghaus, P. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Boersma, D. J. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bouchta, A. ;

Bouhali, O. ;

Burgess, C. ;

Burgess, T. ;

Castermans, T. ;

Chirkin, D. ;

Collin, B. ;

Conrad, J. ;

Cooley, J. ;

Cowen, D. F. ;

Davour, A. ;

De Clercq, C. ;

de los Heros, C. P. ;

Desiati, P. ;

DeYoung, T. ;

Ekstroem, P. ;

Feser, T. ;

Gaisser, T. K. ;

Ganugapati, R. ;

Geenen, H. ;

Gerhardt, L. ;

Goldschmidt, A. ;

Gross, A. ;

Hallgren, A. ;

Halzen, F. ;

Hanson, K. ;

Hardtke, D. H. ;

Harenberg, T. ;

Hauschildt, T. ;

Helbing, K. ;

Hellwig, M. ;

Herquet, P. ;

Hill, G. C. ;

Hodges, J. ;

Hubert, D. .

JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-ATMOSPHERES, 2006, 111 (D13)

[10] Cosmic ray interaction event generator SIBYLL 2.1 [J].

Ahn, Eun-Joo ;

Engel, Ralph ;

Gaisser, Thomas K. ;

Lipari, Paolo ;

Stanev, Todor .

PHYSICAL REVIEW D, 2009, 80 (09)

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共 45 条

[1] The energy spectrum of atmospheric neutrinos between 2 and 200 TeV with the AMANDA-II detector [J].

Abbasi, R. ;

Abdou, Y. ;

Abu-Zayyad, T. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

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Auffenberg, J. ;

Bai, X. ;

Baker, M. ;

Barwick, Sw ;

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Alba, J. L. Bazo ;

Beattie, K. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K. -H. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

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Besson, D. Z. ;

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Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bradley, L. ;

Braun, J. ;

Buitink, S. ;

Carson, M. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clem, J. ;

Clevermann, F. ;

Cohen, S. ;

Colnard, C. ;

Cowen, D. F. ;

D'Agostino, M. V. ;

Danninger, M. ;

De Clercq, C. ;

Demiroers, L. ;

Depaepe, O. ;

Descamps, F. ;

Desiati, P. ;

de Vries-Uiterweerd, G. .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2010, 34 (01) :48-58

[2] MEASUREMENT OF THE ANISOTROPY OF COSMIC-RAY ARRIVAL DIRECTIONS WITH ICECUBE [J].

Abbasi, R. ;

Abdou, Y. ;

Abu-Zayyad, T. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

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Auffenberg, J. ;

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Baker, M. ;

Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Alba, J. L. Bazo ;

Beattie, K. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K. -H. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

BenZvi, S. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bissok, M. ;

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Braun, J. ;

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Carson, M. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

Clem, J. ;

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Cohen, S. ;

Colnard, C. ;

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D'Agostino, M. V. ;

Danninger, M. ;

Davis, J. C. ;

De Clercq, C. ;

Demiroers, L. ;

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[3] Calibration and characterization of the IceCube photomultiplier tube [J].

Abbasi, R. ;

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Barwick, S. W. ;

Bay, R. ;

Alba, J. L. Bazo ;

Beattie, K. ;

Beatty, J. J. ;

Bechet, S. ;

Becker, J. K. ;

Becker, K. -H. ;

Benabderrahmane, M. L. ;

Berdermann, J. ;

Berghaus, P. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bertrand, D. ;

Besson, D. Z. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Botner, O. ;

Bradley, L. ;

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Carson, M. ;

Chirkin, D. ;

Christy, B. ;

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Colnard, C. ;

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D'Agostino, M. V. ;

Danninger, M. ;

De Clercq, C. ;

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Desiati, P. ;

de Vries-Uiterweerd, G. ;

DeYoung, T. ;

Diaz-Velez, J. C. .

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[4] Determination of the atmospheric neutrino flux and searches for new physics with AMANDA-II [J].

Abbasi, R. ;

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Bai, X. ;

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Boersma, D. J. ;

Bohm, C. ;

Bolmont, J. ;

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Descamps, F. ;

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[5] The IceCube data acquisition system: Signal capture, digitization, and timestamping [J].

Abbasi, R. ;

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