摘要
在中微子从生产到检测的漫长传播过程中，中微子经历了味道转换，从而转换了它们的类型或味道1，2．高能天体物理中微子在真空中不受干扰地传播超过10亿光年3.并且对新物理引起的微小影响很敏感。量子引力效应4预计将出现在普朗克能量尺度。这样高能量的宇宙只会在大爆炸之后立即存在，人类技术无法达到。另一方面，量子引力效应可能存在于我们的低能真空中5，6，7，8，但被普朗克能量的逆幂所抑制。通过运动观测测量粒子耦合到如此小的影响是困难的，但可以通过味道转换观测到。在这里，我们报道了冰立方中微子天文台的一次搜索，使用了天体物理学中微子的味道9，10寻找新的时空结构。我们在冰立方天体物理中微子风味数据中没有发现任何异常风味转换的证据。我们采用所有已知技术中最严格的限制，低至10−42GeV−2在参数化时空缺陷的六维算子上，贝叶斯因子大于10。因此，我们毫不含糊地到达了量子引力物理的参数空间。
这是订阅内容的预览，通过你所在的机构访问
访问选项
订阅《自然》+
立即在线访问《自然》和其他55种《自然》杂志
29.99美元
每月
订阅期刊
获得1年的完整期刊访问权限
99.00美元
每期只要8.25美元
所有价格均为净价格。
增值税稍后将在结帐时添加。
税务计算将在结账时完成。
买条
在ReadCube上获得时间限制或全文访问。
32.00美元
所有价格均为净价格。
代码的可用性
大部分分析代码是IceCube专有的，作为IceCube模拟和生产框架的一部分存在。IceCube的开放源代码可以在https://github.com/icecube．如需更多信息，请访问analysis@icecube.wisc.edu。
参考文献
福田，Y.等。大气中微子振荡的证据。理论物理。启。81， 1562-1567(1998)。
艾哈迈德，Q. R.等人。测量的速率νe+d→p+p+e−产生的相互作用8B太阳中微子在萨德伯里中微子天文台。理论物理。启。87， 071301(2001)。
Aartsen, m.g.等。在IceCube-170922A警报之前，来自blazar TXS 0506 + 056方向的中微子发射。科学361， 147-151(2018)。
量子引力的不可预测性。Commun。数学。理论物理。87， 395-415(1982)。
弦理论中洛伦兹对称的自发破缺。理论物理。启维39， 683-685(1989)。
Amelino-Camelia, G.， Ellis, J. R.， Mavromatos, N. E.， Nanopoulos, D. V. & Sarkar, S.从伽玛射线暴观测量子引力的测试。自然393， 763-765(1998)。
关于Horava-Lifshitz类型理论中的洛伦兹违例。理论物理。启维85， 105001(2012)。
多信使时代曙光下的量子引力现象学——综述。掠夺。部分。诊断。理论物理。125， 103948(2022)。
阿巴西，R.等人。冰立方高能启动事件样本:7.5年数据的描述和通量表征。理论物理。启维104， 022002(2021)。
Abbasi, R.等[冰立方]在冰立方的高能起始事件中测量天体物理tau中微子。预印在https://arxiv.org/abs/2011.03561(2020)。
Diaz, J. S. Kostelecky, A. & Mewes, M.用高能天体物理中微子测试相对论。理论物理。启维89， 043005(2014)。
Ellis, J.， Mavromatos, N. E, Sakharov, A. S. & Sarkisyan-Grinbaum, E. K. TXS 0506 + 056多信子观测对中微子洛伦兹违反的限制。理论物理。列托人。B789， 352-355(2019)。
阿梅里诺- camelia, G.， D 'Amico, G.， Rosati, G. & Loret, N. GRB中微子和光子的真空内色散特征。Nat。阿斯特朗。1， 0139(2017)。
黄毅和，马伯强。伽玛射线暴中微子的洛伦兹违反。Commun。理论物理。1， 62(2018)。
Aartsen, m.g.等。用冰立方进行洛伦兹对称性高精度测试的中微子干涉测量。Nat。物理。14， 961-966(2018)。
Kostelecky, V. A. & Russell, N. Lorentz和CPT违例数据表。预印在https://arxiv.org/abs/0801.0287v15(2022)。
埃斯特班，我，冈萨雷斯-加西亚，m.c，马尔托尼，M，施韦茨，T.和周，A.提示的命运:三味中微子振荡的更新全球分析。JHEP09， 178(2020)。
采访:史蒂文·温伯格。欧洲核子研究中心快递57(9)， 31-35(2017年11月)。
Kostelecky, A. & Mewes, M.中微子与任意维的违背洛伦兹算子。理论物理。启维85， 096005(2012)。
Aartsen, m.g.等。冰立方中微子天文台:仪器仪表和在线系统。j . Instrum。12， p03012(2017)。
本田，M.， Kajita, T.， Kasahara, K.， Midorikawa, S. & Sanuki, T.使用大气μ子数据校准的相互作用模型计算大气中微子通量。理论物理。启维75， 043006(2007)。
Bhattacharya, A.， Enberg, R.， Reno, M. H.， Sarcevic, I. & Stasto, A.摄动魅力的产生和RHIC和LHC光下的瞬时大气中微子通量。JHEP06， 110(2015)。
赫克，D.，纳普，J.，卡布维埃尔，J. N.，沙茨，G.和Thouw, T. CORSIKA:一个蒙特卡罗代码来模拟广泛的空气阵雨。报告编号FZKA-6019 (1998);https://publikationen.bibliothek.kit.edu/270043064
Dziewonski, A. M. & Anderson, D. L.初步参考地球模型。理论物理。地球的星球。内饰25， 297-356(1981)。
库伯-萨卡尔，A.， Mertsch, P. & Sarkar, S.标准模型中的高能中微子横截面及其不确定性。JHEP08， 042(2011)。
阿巴西，R.等人。LeptonInjector和LeptonWeighter:用于中微子天文台的中微子事件发生器和称重器。第一版。理论物理。Commun。266， 108018(2021)。
宋宁，李世伟，Argüelles, C. A.， Bustamante, M. & Vincent, A. C.高能天体物理中微子风味测量的未来。j . Cosmol。Astropart。理论物理。04， 054(2021)。
Hümmer, S.， Maltoni, M.， Winter, W. & Yaguna, C.来自希拉斯图上宇宙加速器的能量依赖中微子风味比。Astropart。理论物理。34， 205-224(2010)。
Rasmussen, R. W.， Lechner, L.， Ackermann, M.， Kowalski, M. & Winter, W.天体物理中微子带有超越标准模型物理的味道。理论物理。启维96， 083018(2017)。
Bustamante, M. & Agarwalla, S. K.宇宙价值的电子，以探测高能天体物理中微子的远程相互作用。理论物理。启。122， 061103(2019)。
Klop, N. & Ando, S.中微子-暗能量耦合对高能中微子振荡的影响。理论物理。启维97， 063006(2018)。
Farzan, Y. & Palomares-Ruiz, S.超轻暗物质保存的宇宙中微子的味道。理论物理。启维99， 051702(2019)。
Fiorillo, D. F. G.， Mangano, G.， Morisi, S. & Pisanti, O.违反等效原理的冰立方约束。j . Cosmol。Astropart。理论物理。04， 079(2021)。
Argüelles, C. A.， Katori, T. & Salvado, J.天体物理学中微子风味的新物理学。理论物理。启。115， 161303(2015)。
Mandalia, S。用中微子寻找量子引力，费米实验室光模块束流测试和冰立方的强子化模型研究。博士论文，伦敦玛丽女王大学(2020);https://qmro.qmul.ac.uk/xmlui/handle/123456789/69453
Farrag, K。从无限到零红移，使用射电望远镜和冰立方中的天体物理中微子搜索超越标准中微子模型物理。博士论文，伦敦玛丽女王大学(2022)。
Feroz, F.， Hobson, M. P. & Bridges, M.多项:宇宙学和粒子物理学的有效和稳健的贝叶斯推断工具。Mon。。r·阿斯特朗。Soc。398， 1601-1614(2009)。
Pordes, R.等人。开放科学网格。期刊。相依,爵士。78， 012057(2007)。
冰立方协作。heses7.5年数据发布(2021年);https://doi.org/10.21234/4EQJ-BB17
确认
我们感谢下列机构和机构的支持:美国-美国国家科学基金会-极地项目办公室、美国国家科学基金会-物理部、美国国家科学基金会- epscor、威斯康星校友研究基金会、威斯康星大学麦迪逊分校高通量计算中心(CHTC)、开放科学网格(OSG)、极限科学与工程发现环境(XSEDE)、德克萨斯高级计算中心的Frontera计算项目、美国能源部国家能源研究科学计算中心、马里兰大学粒子天体物理研究计算中心、密歇根州立大学网络研究所和马凯特大学天体粒子物理计算设施;比利时科学研究基金(FRS-FNRS和FWO)、FWO奥德修斯和大科学计划以及比利时联邦科学政策办公室(Belspo);德国-联邦ministerium für Bildung and Forschung (BMBF)，德国Forschungsgemeinschaft (DFG)，亥姆霍兹天体粒子物理联盟(HAP)，亥姆霍兹协会倡议和网络基金，德国电子同步加速器(DESY)和亚琛工业大学高性能计算集群;瑞典-瑞典研究理事会、瑞典极地研究秘书处、瑞典国家计算基础设施(SNIC)和克努特和爱丽丝·瓦伦堡基金会;澳大利亚-澳大利亚研究理事会;加拿大-加拿大自然科学与工程研究委员会、Compute Québec、Compute Ontario、加拿大创新基金会、WestGrid和Compute Canada;丹麦- villum Fonden和嘉士伯基金会;新西兰-马斯登基金; Japan—Japan Society for Promotion of Science (JSPS) and Institute for Global Prominent Research (IGPR) of Chiba University; Korea—National Research Foundation of Korea (NRF); Switzerland—Swiss National Science Foundation (SNSF); United Kingdom—Department of Physics, University of Oxford, the Royal Society and the Science and Technology Facilities Council (STFC).
作者信息
作者及隶属关系
财团
贡献
冰立方合作感谢C. Argüelles、K. Farrag和T. Katori对本手稿的重要贡献。冰立方合作组织设计、建造并运营着冰立方中微子天文台。大量的合作成员进行了数据处理和校准、探测器和理论模型的蒙特卡罗模拟以及数据分析，他们还讨论并批准了这里提出的科学结果。
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
同行评审
同行评审信息
自然物理感谢Giulia Gubitosi, Sergio Navas和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。
额外的信息
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展数据
扩展数据图1 14个有害参数的后验分布示例。
情节是为了\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring {c}} _{\τ\τ}^{(6)})= 1{0}^{-44}\,通用电气{V} ^ {2} \)带源组合(0:1:0)年代．蓝色等高线表示二维分布切片，上面是每个参数的一维投影。三条垂直线表示每个参数的下四分位数(25%)、中位数(50%)和上四分位数(75%)。参数在参考文献中介绍。9．
扩展数据图2分析贝叶斯因子作为约束参数之一的函数的示例。
在Jeffreys量表上，横线表示不同的假设拒绝强度水平。这里，我们设置了限制\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring {c}} _{\τ\τ}^ {(6)})\)假设源味比(0:1:0)年代．当贝叶斯因子大于10.0时，得到一个实质性的极限，当贝叶斯因子大于31.6时，得到强极限。误差条表示通过嵌套抽样计算证据的误差。
扩展数据图3维度的极限——三种新的物理算子。
孵出区域是由大气中微子数据分析得到的极限\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_{\μ\τ}^ {(3)})\)15．由贝叶斯因子> 10(虚线)和> 31.6(实线)确定的极限表示为在产生源处假设的天体物理中微子风味比的函数。最左边的情况是νμ显性(0:1:0)年代最右边是νe显性(1:0:0)年代．首选场景对应于(1/3:2/3:0)年代(虚线垂直)。限制\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_ {ee} ^ {(3)}) \)(橙色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_ {e \μ}^ {(3)})\)(红色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_ {e \τ}^ {(3)})\)(绿色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_{\ \μμ}^ {(3)})\)(黄色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_{\μ\τ}^ {(3)})\)(紫色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_{\τ\τ}^ {(3)})\)(蓝色)显示。
扩展数据图4维四新物理算子的极限。
孵出区域是由大气中微子数据分析得到的极限\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring {c}} _{\μ\τ}^ {(4)})\)15．由贝叶斯因子> 10(虚线)和> 31.6(实线)确定的极限表示为在产生源处假设的天体物理中微子风味比的函数。最左边的情况是νμ显性(0:1:0)年代最右边是νe显性(1:0:0)年代．首选场景对应于(1/3:2/3:0)年代(虚线垂直)。限制\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring {c}} _ {ee} ^ {(4)}) \)(橙色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring {c}} _ {e \μ}^ {(4)})\)(红色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring {c}} _ {e \τ}^ {(4)})\)(绿色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring {c}} _{\ \μμ}^ {(4)})\)(黄色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring {c}} _{\μ\τ}^ {(4)})\)(紫色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring {c}} _{\τ\τ}^ {(4)})\)(蓝色)显示。
扩展数据图5维五新物理算子的极限。
孵出区域是由大气中微子数据分析得到的极限\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_{\μ\τ}^ {(5)})\)15．由贝叶斯因子> 10(虚线)和> 31.6(实线)确定的极限表示为在产生源处假设的天体物理中微子风味比的函数。最左边的情况是νμ显性(0:1:0)年代最右边是νe显性(1:0:0)年代．首选场景对应于(1/3:2/3:0)年代(虚线垂直)。限制\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_ {ee} ^ {(5)}) \)(橙色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_ {e \μ}^ {(5)})\)(红色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_ {e \τ}^ {(5)})\)(绿色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_{\ \μμ}^ {(5)})\)(黄色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_{\μ\τ}^ {(5)})\)(紫色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_{\τ\τ}^ {(5)})\)(蓝色)显示。
扩展数据图6维七新物理算子的极限。
孵出区域是由大气中微子数据分析得到的极限\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_{\μ\τ}^ {(7)})\)15．由贝叶斯因子> 10(虚线)和> 31.6(实线)确定的极限表示为在产生源处假设的天体物理中微子风味比的函数。最左边的情况是νμ显性(0:1:0)年代最右边是νe显性(1:0:0)年代．首选场景对应于(1/3:2/3:0)年代(虚线垂直)。限制\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_ {ee} ^ {(7)}) \)(橙色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_ {e \μ}^ {(7)})\)(红色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_ {e \τ}^ {(7)})\)(绿色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_{\ \μμ}^ {(7)})\)(黄色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_{\μ\τ}^ {(7)})\)(紫色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring{一}}_{\τ\τ}^ {(7)})\)(蓝色)显示。
扩展数据图7 8维新物理算子的极限。
孵出区域是由大气中微子数据分析得到的极限\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring {c}} _{\μ\τ}^ {(8)})\)15．由贝叶斯因子> 10(虚线)和> 31.6(实线)确定的极限表示为在产生源处假设的天体物理中微子风味比的函数。最左边的情况是νμ显性(0:1:0)年代最右边是νe显性(1:0:0)年代．首选场景对应于(1/3:2/3:0)年代(虚线垂直)。限制\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring {c}} _ {ee} ^ {(8)}) \)(橙色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring {c}} _ {e \μ}^ {(8)})\)(红色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring {c}} _ {e \τ}^ {(8)})\)(绿色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring {c}} _{\ \μμ}^ {(8)})\)(黄色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring {c}} _{\μ\τ}^ {(8)})\)(紫色),\ ({{{rm \{你}}}}({\ mathring {c}} _{\τ\τ}^ {(8)})\)(蓝色)显示。
扩展数据表1从分析中提取的新物理运算符的限制。
这些新物理算子的限制是由Bayes factor > 10.0 (Bayes factor > 31.6)推导出来的，它对应于均匀先验的10.0(31.6)似然比中的1。它们是为特征源的风味比例(1:0:0)年代， (1/3: 2/3: 0)年代，和(0:1:0)年代．我们只列出设置了限制的操作符。
权利和权限
根据与作者或其他权利持有人签订的出版协议，《自然》杂志或其许可方对本文拥有独家权利;作者对这篇文章接受的手稿版本的自我存档仅受此类出版协议的条款和适用法律的约束。
关于本文
引用本文
冰立方合作。使用冰立方的天体物理中微子风味搜索量子引力。Nat。物理。18， 1287-1292(2022)。https://doi.org/10.1038/s41567-022-01762-1
收到了：
接受：
发表：
发行日期：
DOI：https://doi.org/10.1038/s41567-022-01762-1
这篇文章被引用
超越普朗克尺度的洛伦兹不变性
自然物理(2022)
