Search for decoherence from quantum gravity with atmospheric neutrinos

Abbasi, R.; Hill, G. C.; Koirala, R.; Schneider, J.; Bourbeau, E.; Shah, R.; Sandrock, A.; Conrad, J. M.; Spannfellner, C.; Huber, T.; Procter-Murphy, R.; Sommani, G.; Przybylski, G. T.; Oehler, M.; Snihur, R.; Seunarine, S.; Moore, R. W.; Rawlins, K.; Jin, M.; Hymon, K.; Amin, N. M.; Weyrauch, M.; Haack, C.; Marka, Z.; Thompson, W. G.; Ahlers, M.; Montaruli, T.; Schröder, F. G.; Naumann, U.; Necker, J.; Vannerom, D.; Thwaites, J.; Nakos, M.; Ruohan, L.; Ruhe, T.; Diaz, A.; Hori, S.; Burley, R. T.; Makino, Y.; Lyu, Y.; Ryckbosch, D.; Lincetto, M.; Robertson, S.; Rhode, W.; Katz, U.; Butterfield, D.; Unland Elorrieta, M. A.; Niederhausen, H.; Beise, J.; Kiryluk, J.; Soldin, P.; Schindler, S.; Jansson, M.; Griswold, S.; Morse, R.; Santander, M.; Domi, A.; Alameddine, J. M.; Agarwalla, S. K.; Wolf, M.; Koundal, P.; Sarkar, S.; Soedingrekso, J.; Roberts, E. J.; Jeong, M.; Fazely, A. R.; Schlüter, F.; Mechbal, S.; van Santen, J.; Yildizci, E.; Krupczak, E.; Ehrhardt, T.; Collin, G. H.; Vereecken, M.; Gutjahr, P.; Spiering, C.; O'Dell, V.; Japaridze, G. S.; Upadhyay, A. K.; Parker, G. K.; Madsen, J.; Kumar, A.; Merckx, Y.; Carnie-Bronca, E. G.; Lazar, J. P.; Tilav, S.; Sainte, W. Marie; In, S.; Deng, S.; Book, J. Y.; Brostean-Kaiser, J.; Raab, C.; Lucarelli, F.; Pries, B.; Latseva, S.; Resconi, E.; Wendt, C.; Veitch-Michaelis, J.; Balagopal, V. A.; Kelley, J. L.; Lohfink, E.; Ganster, E.; Dittmer, M.; Krishnamoorthi, J.; Baricevic, M.; Pandya, H.; Bontempo, F.; Nowicki, S. C.; Micallef, J.; Engel, R.; Hickford, S.; Silva, M.; Bay, R.; Blot, S.; Stamatikos, M.; Aguilar, J. A.; Kardum, L.; Shimizu, N.; Halzen, F.; Bellenghi, C.; Andeen, K.; Schumacher, L.; Kolanoski, H.; Luszczak, W.; McNally, F.; Hünnefeld, M.; Reichherzer, P.; Adams, J.; Sclafani, S.; Ellinger, E.; Khatee Zathul, A.; Mayhew, F.; Ha Minh, M.; Schlüter, B.; Medina, A.; Stezelberger, T.; Deoskar, K.; Maruyama, R.; Gualda, C. Lagunas; Wolf, A.; Rehman, A.; Søgaard, A.; Grant, D.; Chirkin, D.; Novikov, A.; Riedel, B.; Argüelles, C.; Morii, Y.; Kappesser, D.; Coppin, P.; Twagirayezu, J. P.; Rodriguez, M. Prado; Köpke, L.; Upshaw, K.; Hatch, P.; Gries, O.; Karg, T.; Kopper, C.; Fischer, Leander; Taboada, I.; Smithers, B.; Campana, M. A.; Mitchell, J.; Klein, S. R.; Hidvegi, A.; Mukherjee, T.; Lad, N.; Kurahashi, N.; Karle, A.; Schaufel, M.; Lamoureux, M.; Groth, K. M.; Savelberg, J.; DeLaunay, J. J.; Chau, N.; Peterson, J.; Oeyen, B.; Bernardini, E.; Kang, X.; Shefali, S.; Glauch, T.; Berley, D.; Chattopadhyay, S.; Gallagher, J.; Bai, X.; Liu, Q. R.; Schmeisser, N.; Hardin, J.; Roellinghoff, G.; Ter-Antonyan, S.; Rack-Helleis, J.; Leonard DeHolton, K.; Young, R.; Correa, P.; Lu, L.; Karl, M.; Schlickmann, L.; de Vries, K. D.; Fox, D.; Stanev, T.; Kang, W.; Rechav, Z.; Olivas, A.; Dave, P.; Zimmerman, M.; Zhelnin, P.; IceCube Collaboration; Skrzypek, B.; Janik, O.; Wrede, G.; Hellrung, J.; Harnisch, A. A.; Lee, J. W.; Herrera, S. E. Sanchez; Lauber, F.; Gerhardt, L.; Reusch, S.; Meier, M.; Salazar-Gallegos, D.; Haungs, A.; Yu, S.; Boscolo Meneguolo, C.; Braun, J.; Goswami, S.; Kozynets, T.; Clark, B. A.; Eller, P.; Safa, I.; Paul, L.; BenZvi, S.; Ty, B.; DeYoung, T.; Sullivan, G. W.; Sharma, A.; Negi, A.; Orsoe, R.; Griffin, S.; de Wasseige, G.; Yu, F.; Goehlke, N.; Hussain, R.; Garcia, A.; Botner, O.; Wiebusch, C. H.; Becker Tjus, J.; Witthaus, L.; Hanson, K.; Savina, P.; Athanasiadou, S.; Xu, X. W.; Halve, L.; Vijai, A.; Nisa, M. U.; Valtonen-Mattila, N.; Erpenbeck, H.; Marka, S.; Farrag, K.; Zilberman, P.; Hultqvist, K.; Fedynitch, A.; Williams, D. R.; Stuttard, T.; Evenson, P. A.; Mentawi, S. El; Schmidt, T.; Pizzuto, A.; Hoshina, K.; Fürst, P.; van Eijndhoven, N.; Böttcher, J.; Anton, G.; Feigl, N.; Chen, Z.; Rott, C.; Zhang, Z.; Hou, W.; Choi, S.; Connolly, A.; Axani, S. N.; Busse, R. S.; Barwick, S. W.; Mead, J. V.; Yuan, T.; Manao, E.; Rongen, M.; Kovacevich, M.; Günther, C.; Trettin, A.; Martinez-Soler, I.; Carloni, K.; Soldin, D.; Vandenbroucke, J.; Heuermann, L.; Ackermann, Markus; Nagai, R.; Fritz, A.; McElroy, T.; Yanez, J. P.; Gray, S. J.; Werthebach, J.; Kun, E.; O'Sullivan, E.; Whitehorn, N.; Kappes, A.; Desiati, P.; Chen, C.; DuVernois, M. A.; Lozano Mariscal, C. J.; Coleman, A.; Weaver, C.; Weigel, P.; Neumann, M.; Meagher, K.; Veske, D.; Kang, D.; Turcotte, R.; Heyer, N.; Tung, C. F.; Cowen, D. F.; Renzi, G.; Plum, M.; Mahn, K. B. M.; Schwefer, G.; Jones, B. J. P.; Philippen, S.; Halliday, R.; De Clercq, C.; Benning, C.; Hamdaoui, H.; Desai, A.; Hill, C.; Rifaie, A.; Vara, J.; Osborn, J.; Love, C.; Saffer, J.; Rodan, S.; Fang, K.; Toscano, S.; Gonzalez, J. G.; Yoshida, S.; Venugopal, M.; Naab, R.; Díaz-Vélez, J. C.; Fan, K. L.; Schieler, H.; Koskinen, D. J.; Classen, L.; Thiesmeyer, M.; Finley, C.; Beatty, J. J.; Franckowiak, A.; Liubarska, M.; Ashida, Y.; Brinson, B.; Evans, J.; Kowalski, Marek; Spiczak, G. M.; Tönnis, C.; Popovych, Y.; Elsässer, D.; Moulai, M.; Kheirandish, A.; Hallgren, A.; Tosi, D.; Mancina, S.; Blaufuss, E.; Henningsen, F.; Stürwald, T.; Paudel, E. N.; Böser, S.; Larson, M. J.; Jacquart, M.; Merten, L.; Sampathkumar, P.; Kruiswijk, K.; Walck, C.; Seikh, M.; Tollefson, K.; Pollmann, A. Obertacke; Ishihara, A.; Kochocki, A.; Kontrimas, T.; Hoffman, K. D.; Helbing, K.; Mariş, I. C.; Kauer, M.; de los Heros, C. Pérez; Basu, V.; Park, N.; Marsee, M.; Weldert, J.; Ghadimi, A.; Pontén, A.; Glaser, C.; Willey, N.; Wen, A. Y.; Delgado, D.; Dujmovic, H.; Besson, D. Z.; Noell, A.; Leszczyńska, A.; Glüsenkamp, T.; Seckel, D.; Weindl, A.; Fiedlschuster, S.; Verpoest, S.

doi:10.1038/s41567-024-02436-w

Journal Article

PUBDB-2024-06876

Search for decoherence from quantum gravity with atmospheric neutrinos

Abbasi, R. ; Ackermann, M.DESY* ; Adams, J. ; Agarwalla, S. K. ; Aguilar, J. A. ; Ahlers, M. ; Alameddine, J. M. ; Amin, N. M. ; Andeen, K. ; Anton, G. ; Argüelles, C. ; Ashida, Y. ; Athanasiadou, S.DESY* ; Axani, S. N. ; Bai, X. ; Balagopal, V. A. ; Baricevic, M. ; Barwick, S. W. ; Basu, V. ; Bay, R. ; Beatty, J. J. ; Becker Tjus, J. ; Beise, J. ; Bellenghi, C. ; Benning, C. ; BenZvi, S. ; Berley, D. ; Bernardini, E. ; Besson, D. Z. ; Blaufuss, E. ; Blot, S.DESY* ; Bontempo, F. ; Book, J. Y. ; Boscolo Meneguolo, C. ; Böser, S. ; Botner, O. ; Böttcher, J. ; Bourbeau, E. ; Braun, J. ; Brinson, B. ; Brostean-Kaiser, J. ; Burley, R. T. ; Busse, R. S. ; Butterfield, D. ; Campana, M. A. ; Carloni, K. ; Carnie-Bronca, E. G. ; Chattopadhyay, S. ; Chau, N. ; Chen, C. ; Chen, Z. ; Chirkin, D. ; Choi, S. ; Clark, B. A. ; Classen, L. ; Coleman, A. ; Collin, G. H. ; Connolly, A. ; Conrad, J. M. ; Coppin, P. ; Correa, P. ; Cowen, D. F. ; Dave, P. ; De Clercq, C. ; DeLaunay, J. J. ; Delgado, D. ; Deng, S. ; Deoskar, K. ; Desai, A. ; Desiati, P. ; de Vries, K. D. ; de Wasseige, G. ; DeYoung, T. ; Diaz, A. ; Díaz-Vélez, J. C. ; Dittmer, M. ; Domi, A. ; Dujmovic, H. ; DuVernois, M. A. ; Ehrhardt, T. ; Eller, P. ; Ellinger, E. ; Mentawi, S. E. ; Elsässer, D. ; Engel, R. ; Erpenbeck, H. ; Evans, J. ; Evenson, P. A. ; Fan, K. L. ; Fang, K. ; Farrag, K. ; Fazely, A. R. ; Fedynitch, A. ; Feigl, N. ; Fiedlschuster, S. ; Finley, C. ; Fischer, L.DESY* ; Fox, D. ; Franckowiak, A.Extern* ; Fritz, A. ; Fürst, P. ; Gallagher, J. ; Ganster, E. ; Garcia, A. ; Gerhardt, L. ; Ghadimi, A. ; Glaser, C. ; Glauch, T. ; Glüsenkamp, T. ; Goehlke, N. ; Gonzalez, J. G. ; Goswami, S. ; Grant, D. ; Gray, S. J. ; Gries, O. ; Griffin, S. ; Griswold, S. ; Groth, K. M. ; Günther, C. ; Gutjahr, P. ; Haack, C. ; Hallgren, A. ; Halliday, R. ; Halve, L. ; Halzen, F. ; Hamdaoui, H. ; Ha Minh, M. ; Hanson, K. ; Hardin, J. ; Harnisch, A. A. ; Hatch, P. ; Haungs, A. ; Helbing, K. ; Hellrung, J. ; Henningsen, F. ; Heuermann, L. ; Heyer, N. ; Hickford, S. ; Hidvegi, A. ; Hill, C. ; Hill, G. C. ; Hoffman, K. D. ; Hori, S. ; Hoshina, K. ; Hou, W. ; Huber, T. ; Hultqvist, K. ; Hünnefeld, M. ; Hussain, R. ; Hymon, K. ; In, S. ; Ishihara, A. ; Jacquart, M. ; Janik, O. ; Jansson, M. ; Japaridze, G. S. ; Jeong, M. ; Jin, M. ; Jones, B. J. P. ; Kang, D. ; Kang, W. ; Kang, X. ; Kappes, A. ; Kappesser, D. ; Kardum, L. ; Karg, T.DESY* ; Karl, M. ; Karle, A. ; Katz, U. ; Kauer, M. ; Kelley, J. L. ; Khatee Zathul, A. ; Kheirandish, A. ; Kiryluk, J. ; Klein, S. R. ; Kochocki, A. ; Koirala, R. ; Kolanoski, H.Extern* ; Kontrimas, T. ; Köpke, L. ; Kopper, C. ; Koskinen, D. J. ; Koundal, P. ; Kovacevich, M. ; Kowalski, M.DESY* ; Kozynets, T. ; Krishnamoorthi, J. ; Kruiswijk, K. ; Krupczak, E. ; Kumar, A. ; Kun, E. ; Kurahashi, N. ; Lad, N.DESY* ; Gualda, C. L. ; Lamoureux, M. ; Larson, M. J. ; Latseva, S. ; Lauber, F. ; Lazar, J. P. ; Lee, J. W. ; Leonard DeHolton, K. ; Leszczyńska, A. ; Lincetto, M. ; Liu, Q. R. ; Liubarska, M. ; Lohfink, E. ; Love, C. ; Lozano Mariscal, C. J. ; Lu, L. ; Lucarelli, F. ; Luszczak, W. ; Lyu, Y. ; Madsen, J. ; Mahn, K. B. M. ; Makino, Y. ; Manao, E. ; Mancina, S. ; Sainte, W. M. ; Mariş, I. C. ; Marka, S. ; Marka, Z. ; Marsee, M. ; Martinez-Soler, I. ; Maruyama, R. ; Mayhew, F. ; McElroy, T. ; McNally, F. ; Mead, J. V. ; Meagher, K. ; Mechbal, S.DESY* ; Medina, A. ; Meier, M. ; Merckx, Y. ; Merten, L. ; Micallef, J. ; Mitchell, J. ; Montaruli, T. ; Moore, R. W. ; Morii, Y. ; Morse, R. ; Moulai, M. ; Mukherjee, T. ; Naab, R.DESY* ; Nagai, R. ; Nakos, M. ; Naumann, U. ; Necker, J. ; Negi, A. ; Neumann, M. ; Niederhausen, H. ; Nisa, M. U. ; Noell, A. ; Novikov, A. ; Nowicki, S. C. ; Pollmann, A. O. ; O'Dell, V. ; Oehler, M. ; Oeyen, B. ; Olivas, A. ; Orsoe, R. ; Osborn, J. ; O'Sullivan, E. ; Pandya, H. ; Park, N. ; Parker, G. K. ; Paudel, E. N. ; Paul, L. ; de los Heros, C. P. ; Peterson, J. ; Philippen, S. ; Pizzuto, A. ; Plum, M. ; Pontén, A. ; Popovych, Y. ; Rodriguez, M. P. ; Pries, B. ; Procter-Murphy, R. ; Przybylski, G. T. ; Raab, C. ; Rack-Helleis, J. ; Rawlins, K. ; Rechav, Z. ; Rehman, A. ; Reichherzer, P. ; Renzi, G. ; Resconi, E. ; Reusch, S.Extern* ; Rhode, W. ; Riedel, B. ; Rifaie, A. ; Roberts, E. J. ; Robertson, S. ; Rodan, S. ; Roellinghoff, G. ; Rongen, M. ; Rott, C. ; Ruhe, T. ; Ruohan, L. ; Ryckbosch, D. ; Safa, I. ; Saffer, J. ; Salazar-Gallegos, D. ; Sampathkumar, P. ; Herrera, S. E. S. ; Sandrock, A. ; Santander, M. ; Sarkar, S. ; Sarkar, S. ; Savelberg, J. ; Savina, P. ; Schaufel, M. ; Schieler, H. ; Schindler, S. ; Schlickmann, L. ; Schlüter, B. ; Schlüter, F. ; Schmeisser, N. ; Schmidt, T. ; Schneider, J. ; Schröder, F. G. ; Schumacher, L. ; Schwefer, G. ; Sclafani, S. ; Seckel, D. ; Seikh, M. ; Seunarine, S. ; Shah, R. ; Sharma, A. ; Shefali, S. ; Shimizu, N. ; Silva, M. ; Skrzypek, B. ; Smithers, B. ; Snihur, R. ; Soedingrekso, J. ; Søgaard, A. ; Soldin, D. ; Soldin, P. ; Sommani, G. ; Spannfellner, C. ; Spiczak, G. M. ; Spiering, C.DESY* ; Stamatikos, M. ; Stanev, T. ; Stezelberger, T. ; Stürwald, T. ; Stuttard, T. ; Sullivan, G. W. ; Taboada, I. ; Ter-Antonyan, S. ; Thiesmeyer, M. ; Thompson, W. G. ; Thwaites, J. ; Tilav, S. ; Tollefson, K. ; Tönnis, C. ; Toscano, S. ; Tosi, D. ; Trettin, A. ; Tung, C. F. ; Turcotte, R. ; Twagirayezu, J. P. ; Ty, B. ; Unland Elorrieta, M. A. ; Upadhyay, A. K. ; Upshaw, K. ; Valtonen-Mattila, N. ; Vandenbroucke, J. ; van Eijndhoven, N. ; Vannerom, D. ; van Santen, J.DESY* ; Vara, J. ; Veitch-Michaelis, J. ; Venugopal, M. ; Vereecken, M. ; Verpoest, S. ; Veske, D. ; Vijai, A. ; Walck, C. ; Weaver, C. ; Weigel, P. ; Weindl, A. ; Weldert, J. ; Wen, A. Y. ; Wendt, C. ; Werthebach, J. ; Weyrauch, M. ; Whitehorn, N. ; Wiebusch, C. H. ; Willey, N. ; Williams, D. R. ; Witthaus, L. ; Wolf, A. ; Wolf, M. ; Wrede, G. ; Xu, X. W. ; Yanez, J. P. ; Yildizci, E. ; Yoshida, S. ; Young, R. ; Yu, F. ; Yu, S. ; Yuan, T. ; Zhang, Z. ; Zhelnin, P. ; Zilberman, P. ; Zimmerman, M. ; IceCube Collaboration (Collaboration author)DESY*

2024
Nature Publishing Group Basingstoke

Nature physics 20(6), 913-920 (2024) [10.1038/s41567-024-02436-w]

This record in other databases:

Please use a persistent id in citations: doi:10.1038/s41567-024-02436-w

Report No.: arXiv:2308.00105

Abstract: Neutrino oscillations at the highest energies and longest baselines can be used to study the structure of spacetime and test the fundamental principles of quantum mechanics. If the metric of spacetime has a quantum mechanical description, its fluctuations at the Planck scale are expected to introduce non-unitary effects that are inconsistent with the standard unitary time evolution of quantum mechanics. Neutrinos interacting with such fluctuations would lose their quantum coherence, deviating from the expected oscillatory flavour composition at long distances and high energies. Here we use atmospheric neutrinos detected by the IceCube South Pole Neutrino Observatory in the energy range of 0.5–10.0 TeV to search for coherence loss in neutrino propagation. We find no evidence of anomalous neutrino decoherence and determine limits on neutrino–quantum gravity interactions. The constraint on the effective decoherence strength parameter within an energy-independent decoherence model improves on previous limits by a factor of 30. For decoherence effects scaling as E$^{2}$, our limits are advanced by more than six orders of magnitude beyond past measurements compared with the state of the art.

Keyword(s): effect: decoherence ; effect: quantum ; scale: Planck ; neutrino: detector ; neutrino: atmosphere ; neutrino: interaction ; neutrino: propagation ; energy: high ; gravitation: interaction ; neutrino: oscillation ; quantum mechanics ; IceCube ; space-time ; observatory ; fluctuation ; coherence ; pole ; unitarity ; quantum gravity ; ice ; scaling ; interferometer ; flavor ; structure ; experimental results

Classification:

ddc:530

Note: Waiting for fulltext

Contributing Institute(s):

Neutrinoastronomie / Kosmologie (Z_NA)

Research Program(s):

613 - Matter and Radiation from the Universe (POF4-613) (POF4-613)

Experiment(s):

IceCube South Pole Neutrino Observatory

Appears in the scientific report 2024

Database coverage:
Medline

; Clarivate Analytics Master Journal List ; Current Contents - Physical, Chemical and Earth Sciences ; DEAL Nature ; Ebsco Academic Search ; Essential Science Indicators ; IF >= 15 ; JCR ; Nationallizenz