Search for Extremely-High-Energy Neutrinos and First Constraints on the Ultrahigh-Energy Cosmic-Ray Proton Fraction with IceCube

Abbasi, R.; Hill, G. C.; Krieger, N.; Koirala, R.; Schneider, J.; Shah, R.; Sandrock, A.; Conrad, J. M.; Spannfellner, C.; Huber, T.; Durnford, D.; Procter-Murphy, R.; Sommani, G.; Przybylski, G. T.; Yildizci, E.; Snihur, R.; El Mentawi, S.; Seunarine, S.; Finley, C.; Moore, R. W.; Rawlins, K.; Kamp, N.; Jin, M.; Hymon, K.; Amin, N. M.; Weyrauch, M.; Haack, C.; Vaidyanathan, A.; Bash, S.; Thompson, W. G.; Ahlers, M.; Montaruli, T.; Schröder, F. G.; Naumann, U.; Necker, J.; Pernice, T.; Vannerom, D.; Thwaites, J.; Nakos, M.; Ruohan, L.; Ruhe, T.; Diaz, A.; Kozynets, T.; Pyras, L.; Makino, Y.; Lyu, Y.; Ryckbosch, D.; Lincetto, M.; Robertson, S.; Seo, M.; Rhode, W.; Katz, U.; Butterfield, D.; Unland Elorrieta, M. A.; Bloom, L.; Niederhausen, H.; Dutta, K.; Beise, J.; Kiryluk, J.; Soldin, P.; Schindler, S.; Jansson, M.; Griswold, S.; Prado Rodriguez, M.; Santander, M.; Book Motzkin, J. Y.; Domi, A.; Alameddine, J. M.; Agarwalla, S. K.; Wolf, M.; Koundal, P.; Sarkar, S.; Ackermann, M.; Soedingrekso, J.; Thiesmeyer, M.; Roberts, E. J.; Jeong, M.; Fazely, A. R.; Esmail, W.; Schlüter, F.; Mechbal, S.; van Santen, J.; Marie Sainte, W.; Krupczak, E.; Ehrhardt, T.; Collin, G. H.; Vereecken, M.; Gutjahr, P.; Spiering, C.; O'Dell, V.; Upadhyay, A. K.; Karg, T.; Caracas, I.; Parker, G. K.; Madsen, J.; Kumar, A.; Merckx, Y.; Zhang, S.; Lazar, J. P.; Heuermann, L.; Tilav, S.; Deng, S.; Spiczak, G. M.; Raab, C.; Lucarelli, F.; Pries, B.; Resconi, E.; Parrish, V.; Veitch-Michaelis, J.; Balagopal, V. A.; Kelley, J. L.; Ganster, E.; Dittmer, M.; Krishnamoorthi, J.; Baricevic, M.; Pandya, H.; Bontempo, F.; Engel, R.; Hickford, S.; Silva, M.; Popovych, Y.; Blot, S.; Stamatikos, M.; Aguilar, J. A.; Kardum, L.; Shimizu, N.; Halzen, F.; Desiati, P.; Liu, Y. T.; Andeen, K.; Schumacher, L.; Zegarelli, A.; Kolanoski, H.; Luszczak, W.; McNally, F.; Mand, A.; Hünnefeld, M.; Adams, J.; Sclafani, S.; Ellinger, E.; Khatee Zathul, A.; Mayhew, F.; Ha Minh, M.; Schlüter, B.; Medina, A.; Stezelberger, T.; Maruyama, R.; Draper, L.; Sullivan, G. W.; Rehman, A.; Søgaard, A.; Seen, L.; Grant, D.; Chirkin, D.; Novikov, A.; Riedel, B.; Argüelles, C.; Morii, Y.; Kappesser, D.; Köpke, L.; Upshaw, K.; Hatch, P.; Varsi, F.; Griffin, S.; Kopper, C.; Taboada, I.; Hmaid, R.; Smithers, B.; Campana, M. A.; Mitchell, J.; Klein, S. R.; Hidvegi, A.; Hermannsgabner, J.; Lad, N.; Kurahashi, N.; Karle, A.; Marka, Z.; Schaufel, M.; Lamoureux, M.; Groth, K. M.; Savelberg, J.; Hamacher, L.; DeLaunay, J. J.; Chau, N.; Peterson, J.; Bernardini, E.; Katil, A.; Kang, X.; Berley, D.; Chattopadhyay, S.; Neste, L.; Bai, X.; Hussain, R.; Schmeisser, N.; Wendt, C.; Hardin, J.; Ter-Antonyan, S.; Rack-Helleis, J.; Leonard DeHolton, K.; Young, R.; Lu, L.; Karl, M.; Schlickmann, L.; de Vries, K. D.; Fox, D.; Stanev, T.; Kang, W.; Rechav, Z.; Olivas, A.; Coleman, P.; Mukherjee, T.; Handt, M.; Eimer, A.; Zimmerman, M.; Zhelnin, P.; IceCube Collaboration; Skrzypek, B.; Janik, O.; Wrede, G.; Hellrung, J.; Harnisch, A. A.; Lauber, F.; Gerhardt, L.; Reusch, S.; Meier, M.; Salazar-Gallegos, D.; Haungs, A.; Yu, S.; Boscolo Meneguolo, C.; Hostert, M.; Braun, J.; Goswami, S.; Hori, S.; Clark, B. A.; Eller, P.; Safa, I.; Paul, L.; Burley, R. T.; BenZvi, S.; DeYoung, T.; Gallagher, J.; Negi, A.; Orsoe, R.; Girard-Carillo, C.; de Wasseige, G.; Yu, F.; Walck, C.; Shefali, S.; Granados, A.; Garcia, A.; Botner, O.; Häußler, J.; Wiebusch, C. H.; Becker Tjus, J.; Witthaus, L.; Hanson, K.; Savina, P.; Athanasiadou, S.; Xu, X. W.; Garg, G.; Halve, L.; Vijai, A.; Nisa, M. U.; Valtonen-Mattila, N.; Erpenbeck, H.; Marka, S.; Farrag, K.; Zilberman, P.; Corley, R.; Lagunas Gualda, C.; Hultqvist, K.; Fedynitch, A.; Noda, K.; Williams, D. R.; Stuttard, T.; Evenson, P. A.; Rad, N.; Schmidt, T.; Pizzuto, A.; Hoshina, K.; Magnus, E.; Kowalski, M.; Fürst, P.; van Eijndhoven, N.; Böttcher, J.; Feigl, N.; Chen, Z.; Rott, C.; Zhang, Z.; Hou, W.; Choi, S.; Connolly, A.; Axani, S. N.; Guevel, D.; Barwick, S. W.; Mead, J. V.; Yuan, T.; Manao, E.; Rongen, M.; Günther, C.; Trettin, A.; Martinez-Soler, I.; Carloni, K.; Soldin, D.; Vandenbroucke, J.; Terliuk, A.; Kobayashi, Y.; Brusa, L.; Carpio, J.; Schaile, P.; Stachurska, J.; Yanez, J. P.; Gray, S. J.; Werthebach, J.; Kun, E.; O'Sullivan, E.; Whitehorn, N.; Kappes, A.; Bellenghi, C.; DuVernois, M. A.; Krishnan, T.; Obertacke Pollmann, A.; Coleman, A.; Weaver, C.; Morse, R.; Weigel, P.; Neumann, M.; Meagher, K.; Schwirn, S.; Veske, D.; Kang, D.; Heyer, N.; Eidenschink, L.; Cowen, D. F.; Fischer, L.; Pontén, A.; Mahn, K. B. M.; Jones, B. J. P.; De Clercq, C.; Yoshida, S.; Hamdaoui, H.; Desai, A.; Hill, C.; Ha, C.; Rifaie, A.; Genton, E.; Vara, J.; Vergara Carrasco, S.; Osborn, J.; Love, C.; Saffer, J.; Rodan, S.; Fang, K.; Toscano, S.; Gonzalez, J. G.; Dierichs, P.; Venugopal, M.; Naab, R.; Díaz-Vélez, J. C.; Fan, K. L.; Schieler, H.; Koskinen, D. J.; Liao, J.; Rosted, A.; Iwakiri, W.; Beatty, J. J.; Franckowiak, A.; Liubarska, M.; Ashida, Y.; Brinson, B.; Jain, S.; Evans, J.; Brostean-Kaiser, J.; Tönnis, C.; Bay, R.; Khanal, M.; Elsässer, D.; Pérez de los Heros, C.; Moulai, M.; Kheirandish, A.; Hallgren, A.; Tosi, D.; Mancina, S.; Blaufuss, E.; Stürwald, T.; Paudel, E. N.; Böser, S.; Ravn, M.; Larson, M. J.; Jacquart, M.; Merten, L.; Sampathkumar, P.; Kruiswijk, K.; Babu, R.; Seikh, M.; Tollefson, K.; Ishihara, A.; Kochocki, A.; Kontrimas, T.; Hoffman, K. D.; Helbing, K.; Mariş, I. C.; Sevle Myhr, P.; Kauer, M.; Brisson-Tsavoussis, Z.; Basu, V.; Fukami, S.; Park, N.; Marsee, M.; Weldert, J.; Ghadimi, A.; Plum, M.; Glaser, C.; Wen, A. Y.; Delgado, D.; Wang, A.; Palusova, V.; Dujmovic, H.; Besson, D. Z.; Noell, A.; Leszczyńska, A.; Glüsenkamp, T.; Seckel, D.; Garcia, M.; Weindl, A.; Fiedlschuster, S.; Verpoest, S.

Preprint

PUBDB-2026-00081

Search for Extremely-High-Energy Neutrinos and First Constraints on the Ultrahigh-Energy Cosmic-Ray Proton Fraction with IceCube

Abbasi, R. ; Ackermann, M.DESY* ; Adams, J. ; Agarwalla, S. K. ; Aguilar, J. A. ; Ahlers, M. ; Alameddine, J. M. ; Amin, N. M. ; Andeen, K. ; Argüelles, C. ; Ashida, Y. ; Athanasiadou, S. ; Axani, S. N. ; Babu, R. ; Bai, X. ; Balagopal, V. A. ; Baricevic, M. ; Barwick, S. W. ; Bash, S. ; Basu, V. ; Bay, R. ; Beatty, J. J. ; Becker Tjus, J. ; Beise, J. ; Bellenghi, C. ; BenZvi, S. ; Berley, D. ; Bernardini, E.Extern* ; Besson, D. Z. ; Blaufuss, E. ; Bloom, L. ; Blot, S.DESY* ; Bontempo, F. ; Book Motzkin, J. Y. ; Boscolo Meneguolo, C. ; Böser, S. ; Botner, O. ; Böttcher, J. ; Braun, J. ; Brinson, B. ; Brisson-Tsavoussis, Z. ; Brostean-Kaiser, J. ; Brusa, L. ; Burley, R. T. ; Butterfield, D. ; Campana, M. A. ; Caracas, I. ; Carloni, K. ; Carpio, J. ; Chattopadhyay, S. ; Chau, N. ; Chen, Z. ; Chirkin, D. ; Choi, S. ; Clark, B. A. ; Coleman, A. ; Coleman, P. ; Collin, G. H. ; Connolly, A. ; Conrad, J. M. ; Corley, R. ; Cowen, D. F. ; De Clercq, C. ; DeLaunay, J. J. ; Delgado, D. ; Deng, S. ; Desai, A. ; Desiati, P. ; de Vries, K. D. ; de Wasseige, G. ; DeYoung, T. ; Diaz, A. ; Díaz-Vélez, J. C. ; Dierichs, P. ; Dittmer, M. ; Domi, A. ; Draper, L. ; Dujmovic, H. ; Durnford, D. ; Dutta, K. ; DuVernois, M. A. ; Ehrhardt, T. ; Eidenschink, L. ; Eimer, A. ; Eller, P. ; Ellinger, E. ; El Mentawi, S. ; Elsässer, D. ; Engel, R. ; Erpenbeck, H. ; Esmail, W. ; 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* ; Fukami, S. ; Fürst, P. ; Gallagher, J. ; Ganster, E. ; Garcia, A. ; Garcia, M. ; Garg, G. ; Genton, E. ; Gerhardt, L. ; Ghadimi, A. ; Girard-Carillo, C. ; Glaser, C.Extern* ; Glüsenkamp, T.DESY* ; Gonzalez, J. G. ; Goswami, S. ; Granados, A. ; Grant, D. ; Gray, S. J. ; Griffin, S. ; Griswold, S. ; Groth, K. M. ; Guevel, D. ; Günther, C. ; Gutjahr, P. ; Ha, C. ; Haack, C. ; Hallgren, A. ; Halve, L. ; Halzen, F. ; Hamacher, L. ; Hamdaoui, H. ; Ha Minh, M. ; Handt, M. ; Hanson, K. ; Hardin, J. ; Harnisch, A. A. ; Hatch, P. ; Haungs, A. ; Häußler, J. ; Helbing, K. ; Hellrung, J. ; Hermannsgabner, J. ; Heuermann, L. ; Heyer, N. ; Hickford, S. ; Hidvegi, A. ; Hill, C. ; Hill, G. C. ; Hmaid, R. ; Hoffman, K. D. ; Hori, S. ; Hoshina, K. ; Hostert, M. ; Hou, W. ; Huber, T. ; Hultqvist, K. ; Hünnefeld, M. ; Hussain, R. ; Hymon, K. ; Ishihara, A. ; Iwakiri, W. ; Jacquart, M. ; Jain, S. ; Janik, O. ; Jansson, M. ; Jeong, M. ; Jin, M. ; Jones, B. J. P. ; Kamp, N. ; Kang, D. ; Kang, W. ; Kang, X. ; Kappes, A. ; Kappesser, D. ; Kardum, L. ; Karg, T.DESY* ; Karl, M. ; Karle, A. ; Katil, A. ; Katz, U. ; Kauer, M. ; Kelley, J. L. ; Khanal, M. ; Khatee Zathul, A. ; Kheirandish, A. ; Kiryluk, J. ; Klein, S. R. ; Kobayashi, Y. ; Kochocki, A. ; Koirala, R. ; Kolanoski, H.Extern* ; Kontrimas, T. ; Köpke, L. ; Kopper, C. ; Koskinen, D. J. ; Koundal, P. ; Kowalski, M.DESY* ; Kozynets, T. ; Krieger, N. ; Krishnamoorthi, J. ; Krishnan, T. ; Kruiswijk, K. ; Krupczak, E. ; Kumar, A. ; Kun, E. ; Kurahashi, N. ; Lad, N. ; Lagunas Gualda, C.Extern* ; Lamoureux, M. ; Larson, M. J. ; Lauber, F. ; Lazar, J. P. ; Leonard DeHolton, K. ; Leszczyńska, A. ; Liao, J. ; Lincetto, M.Extern* ; Liu, Y. T. ; Liubarska, M. ; Love, C. ; Lu, L. ; Lucarelli, F. ; Luszczak, W. ; Lyu, Y. ; Madsen, J. ; Magnus, E. ; Mahn, K. B. M. ; Makino, Y. ; Manao, E. ; Mancina, S. ; Mand, A. ; Marie Sainte, W. ; Mariş, I. C. ; Marka, S. ; Marka, Z. ; Marsee, M. ; Martinez-Soler, I. ; Maruyama, R. ; Mayhew, F. ; McNally, F. ; Mead, J. V. ; Meagher, K. ; Mechbal, S. ; Medina, A. ; Meier, M. ; Merckx, Y. ; Merten, L. ; Mitchell, J. ; Montaruli, T. ; Moore, R. W. ; Morii, Y. ; Morse, R. ; Moulai, M. ; Mukherjee, T. ; Naab, R.DESY* ; Nakos, M. ; Naumann, U. ; Necker, J.DESY* ; Negi, A. ; Neste, L. ; Neumann, M. ; Niederhausen, H. ; Nisa, M. U. ; Noda, K. ; Noell, A. ; Novikov, A. ; Obertacke Pollmann, A. ; O'Dell, V. ; Olivas, A. ; Orsoe, R. ; Osborn, J. ; O'Sullivan, E. ; Palusova, V. ; Pandya, H. ; Park, N. ; Parker, G. K. ; Parrish, V. ; Paudel, E. N. ; Paul, L. ; Pérez de los Heros, C. ; Pernice, T. ; Peterson, J. ; Pizzuto, A. ; Plum, M. ; Pontén, A. ; Popovych, Y. ; Prado Rodriguez, M. ; Pries, B. ; Procter-Murphy, R. ; Przybylski, G. T. ; Pyras, L. ; Raab, C. ; Rack-Helleis, J. ; Rad, N.Extern*DESY* ; Ravn, M. ; Rawlins, K. ; Rechav, Z. ; Rehman, A. ; Resconi, E. ; Reusch, S. ; Rhode, W. ; Riedel, B. ; Rifaie, A. ; Roberts, E. J. ; Robertson, S. ; Rodan, S. ; Rongen, M. ; Rosted, A. ; Rott, C. ; Ruhe, T. ; Ruohan, L. ; Ryckbosch, D. ; Safa, I. ; Saffer, J. ; Salazar-Gallegos, D. ; Sampathkumar, P. ; Sandrock, A. ; Santander, M. ; Sarkar, S. ; Sarkar, S. ; Savelberg, J. ; Savina, P. ; Schaile, P. ; Schaufel, M. ; Schieler, H. ; Schindler, S. ; Schlickmann, L. ; Schlüter, B. ; Schlüter, F. ; Schmeisser, N. ; Schmidt, T. ; Schneider, J. ; Schröder, F. G. ; Schumacher, L. ; Schwirn, S. ; Sclafani, S. ; Seckel, D. ; Seen, L. ; Seikh, M. ; Seo, M. ; Seunarine, S. ; Sevle Myhr, P. ; Shah, R. ; 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* ; Stachurska, J. ; Stamatikos, M. ; Stanev, T. ; Stezelberger, T. ; Stürwald, T. ; Stuttard, T. ; Sullivan, G. W. ; Taboada, I. ; Ter-Antonyan, S. ; Terliuk, A. ; Thiesmeyer, M. ; Thompson, W. G. ; Thwaites, J. ; Tilav, S. ; Tollefson, K. ; Tönnis, C. ; Toscano, S. ; Tosi, D. ; Trettin, A. ; Unland Elorrieta, M. A. ; Upadhyay, A. K. ; Upshaw, K. ; Vaidyanathan, A. ; Valtonen-Mattila, N. ; Vandenbroucke, J. ; van Eijndhoven, N. ; Vannerom, D. ; van Santen, J. ; Vara, J. ; Varsi, F. ; Veitch-Michaelis, J. ; Venugopal, M. ; Vereecken, M. ; Vergara Carrasco, S. ; Verpoest, S. ; Veske, D. ; Vijai, A. ; Walck, C. ; Wang, A. ; Weaver, C. ; Weigel, P. ; Weindl, A. ; Weldert, J. ; Wen, A. Y. ; Wendt, C. ; Werthebach, J. ; Weyrauch, M. ; Whitehorn, N. ; Wiebusch, C. H. ; Williams, D. R. ; Witthaus, L. ; Wolf, M. ; Wrede, G. ; Xu, X. W. ; Yanez, J. P. ; Yildizci, E. ; Yoshida, S. ; Young, R. ; Yu, F. ; Yu, S. ; Yuan, T. ; Zegarelli, A. ; Zhang, S. ; Zhang, Z. ; Zhelnin, P. ; Zilberman, P. ; Zimmerman, M. ; IceCube Collaboration (Collaboration author)DESY*

2025

[10.3204/PUBDB-2026-00081]

This record in other databases:

Please use a persistent id in citations: doi:10.3204/PUBDB-2026-00081

Report No.: arXiv:2502.01963

Abstract: We present a search for the diffuse extremely-high-energy neutrino flux using 12.6 years of IceCube data. The nonobservation of neutrinos with energies well above 10 PeV constrains the all-flavor neutrino flux at 1018 eV to a level of $E^2Φ_{ν_{e}}$+$ν_μ$$+ν_τ≃$10$^{−8}$ GeV cm$^{-2}$ s-1 sr$^{-1}$, the most stringent limit to date. Using these data, we constrain the proton fraction of ultrahigh-energy cosmic rays (UHECRs) above ≃30 EeV to be ≲70% (at 90% CL) if the cosmological evolution of the sources is comparable to or stronger than the star formation rate. This is the first result to disfavor the “proton-only” hypothesis for UHECR in this evolution regime using neutrino data. This result complements direct air-shower measurements by being insensitive to uncertainties associated with hadronic interaction models. We also evaluate the tension between IceCube’s nonobservation and the ∼200 PeV KM3NeT neutrino candidate (KM3-230213A), finding it to be ∼2.9σ based on a joint-livetime fit between neutrino datasets.

Classification: