Search for correlations between the arrival directions of IceCube neutrino events and ultrahigh-energy cosmic rays detected by the Pierre Auger Observatory and the Telescope Array

M. G. Aartsen K. Abraham Markus Ackermann J. Adams J. A. Aguilar M. Ahlers M. Ahrens D. Altmann T. Anderson I. Ansseau M. Archinger C. Arguelles T. C. Arlen J. Auffenberg X. Bai S. W. Barwick V. Baum R. Bay J. J. Beatty J. Becker Tjus K. -H. Becker E. Beiser P. Berghaus D. Berley E. Bernardini A. Bernhard D. Z. Besson G. Binder D. Bindig M. Bissok E. Blaufuss J. Blumenthal D. J. Boersma C. Bohm M. Börner F. Bos D. Bose S. Böser O. Botner J. Braun L. Brayeur H. -P. Bretz N. Buzinsky J. Casey M. Casier E. Cheung D. Chirkin A. Christov K. Clark L. Classen S. Coenders D. F. Cowen A. H. Cruz Silva J. Daughhetee J. C. Davis M. Day J. P. A. M. De André C. De Clercq E. del Pino Rosendo H. Dembinski S. De Ridder P. Desiati K. D. De Vries G. De Wasseige M. De With T. Deyoung J. C. Díaz-Vélez V. Di Lorenzo J. P. Dumm M. Dunkman B. Eberhardt T. Ehrhardt B. Eichmann S. Euler P. A. Evenson S. Fahey A. R. Fazely J. Feintzeig J. Felde K. Filimonov C. Finley T. Fischer-Wasels S. Flis C. -C. Fösig T. Fuchs T. K. Gaisser R. Gaior J. Gallagher L. Gerhardt K. Ghorbani D. Gier L. Gladstone M. Glagla T. Glüsenkamp A. Goldschmidt G. Golup J. G. Gonzalez D. Góra D. Grant Z. Griffith A. Groß C. Ha C. Haack A. Haj Ismail A. Hallgren F. Halzen E. Hansen B. Hansmann K. Hanson D. Hebecker D. Heereman K. Helbing R. Hellauer S. Hickford J. Hignight G. C. Hill K. D. Hoffman R. Hoffmann K. Holzapfel A. Homeier K. Hoshina F. Huang M. Huber W. Huelsnitz P. O. Hulth K. Hultqvist S. In A. Ishihara E. Jacobi G. S. Japaridze M. Jeong K. Jero M. Jurkovic A. Kappes T. Karg A. Karle M. Kauer A. Keivani J. L. Kelley J. Kemp A. Kheirandish J. Kiryluk J. Kläs S. R. Klein G. Kohnen R. Koirala H. Kolanoski R. Konietz L. Köpke C. Kopper S. Kopper D. J. Koskinen M. Kowalski K. Krings G. Kroll M. Kroll G. Krückl J. Kunnen N. Kurahashi T. Kuwabara M. Labare J. L. Lanfranchi M. J. Larson M. Lesiak-Bzdak M. Leuermann J. Leuner L. Lu J. Lünemann Jens Madsen G. Maggi K. B. M. Mahn M. Mandelartz R. Maruyama K. Mase H. S. Matis R. Maunu F. Mcnally K. Meagher M. Medici A. Meli T. Menne G. Merino T. Meures S. Miarecki E. Middell L. Mohrmann T. Montaruli R. Morse R. Nahnhauer U. Naumann G. Neer H. Niederhausen S. C. Nowicki D. R. Nygren A. Obertacke Pollmann A. Olivas A. Omairat A. O'Murchadha T. Palczewski H. Pandya D. V. Pankova L. Paul J. A. Pepper C. Pérez de Los Heros C. Pfendner D. Pieloth E. Pinat J. Posselt P. B. Price G. T. Przybylski M. Quinnan C. Raab L. Rädel M. Rameez K. Rawlins R. Reimann M. Relich E. Resconi W. Rhode M. Richman S. Richter B. Riedel S. Robertson M. Rongen C. Rott T. Ruhe D. Ryckbosch L. Sabbatini H. -G. Sander A. Sandrock J. Sandroos S. Sarkar K. Schatto M. Schimp T. Schmidt S. Schoenen S. Schöneberg A. Schönwald L. Schulte L. Schumacher D. Seckel S. Seunarine D. Soldin M. Song G. M. Spiczak C. Spiering M. Stahlberg M. Stamatikos T. Stanev A. Stasik A. Steuer T. Stezelberger R. G. Stokstad A. Stößl R. Ström N. L. Strotjohann G. W. Sullivan M. Sutherland H. Taavola I. Taboada J. Tatar S. Ter-Antonyan A. Terliuk G. Tešić S. Tilav P. A. Toale M. N. Tobin S. Toscano D. Tosi M. Tselengidou A. Turcati E. Unger M. Usner S. Vallecorsa J. Vandenbroucke N. Van Eijndhoven S. Vanheule J. Van Santen J. Veenkamp M. Vehring M. Voge M. Vraeghe C. Walck A. Wallace M. Wallraff N. Wandkowsky Ch. Weaver C. Wendt S. Westerhoff B. J. Whelan K. Wiebe C. H. Wiebusch L. Wille D. R. Williams H. Wissing M. Wolf T. R. Wood K. Woschnagg D. L. Xu X. W. Xu Y. Xu J. P. Yanez G. Yodh S. Yoshida M. Zoll. The Pierre Auger Collaboration A. Aab P. Abreu M. Aglietta E. J. Ahn I. Al Samarai I. F. M. Albuquerque I. Allekotte P. Allison A. Almela J. Alvarez Castillo J. Alvarez-Muñiz R. Alves Batista M. Ambrosio A. Aminaei L. Anchordoqui B. Andrada S. Andringa C. Aramo F. Arqueros N. Arsene H. Asorey P. Assis J. Aublin G. Avila N. Awal A. M. Badescu C. Baus K. H. Becker J. A. Bellido C. Berat 1 M. E. Bertaina X. Bertou P. L. Biermann P. Billoir S. G. Blaess A. Blanco M. Blanco J. Blazek C. Bleve H. Blümer M. Boháčová D. Boncioli C. Bonifazi N. Borodai A. M. Botti J. Brack I. Brancus T. Bretz A. Bridgeman F. L. Briechle P. Buchholz A. Bueno S. Buitink M. Buscemi K. S. Caballero-Mora B. Caccianiga L. Caccianiga M. Candusso L. Caramete R. Caruso A. Castellina G. Cataldi L. Cazon R. Cester A. G. Chavez A. Chiavassa J. A. Chinellato J. C. Chirinos Diaz J. Chudoba R. W. Clay R. Colalillo A. Coleman L. Collica M. R. Coluccia R. Conceição F. Contreras M. J. Cooper A. Cordier 2 S. Coutu C. E. Covault R. Dallier 3, 4 S. D'Amico B. Daniel S. Dasso K. Daumiller B. R. Dawson R. M. De Almeida S. J. De Jong G. De Mauro J. R. T. de Mello Neto I. De Mitri J. De Oliveira V. De Souza J. Debatin L. Del Peral O. Deligny 5 N. Dhital C. Di Giulio A. Di Matteo M. L. Díaz Castro F. Diogo C. Dobrigkeit W. Docters J. C. D'Olivo A. Dorofeev R. C. Dos Anjos M. T. Dova A. Dundovic J. Ebr R. Engel M. Erdmann M. Erfani C. O. Escobar J. Espadanal A. Etchegoyen H. Falcke K. Fang G. Farrar A. C. Fauth N. Fazzini A. P. Ferguson B. Fick J. M. Figueira A. Filevich A. Filipčič O. Fratu M. M. Freire T. Fujii A. Fuster F. Gallo B. García D. Garcia-Gamez D. Garcia-Pinto F. Gate H. Gemmeke A. Gherghel-Lascu P. L. Ghia U. Giaccari M. Giammarchi M. Giller D. Głas C. Glaser H. Glass M. Gómez Berisso P. F. Gómez Vitale N. González B. Gookin J. Gordon A. Gorgi P. Gorham P. Gouffon N. Griffith A. F. Grillo T. D. Grubb F. Guarino G. P. Guedes M. R. Hampel P. Hansen D. Harari T. A. Harrison J. L. Harton Q. Hasankiadeh A. Haungs T. Hebbeker D. Heck P. Heimann A. E. Herve C. Hojvat N. Hollon E. Holt P. Homola J. R. Hörandel P. Horvath M. Hrabovský T. Huege A. Insolia P. G. Isar I. Jandt S. Jansen C. Jarne J. A. Johnsen M. Josebachuili A. Kääpä O. Kambeitz K. H. Kampert P. Kasper I. Katkov B. Keilhauer E. Kemp R. M. Kieckhafer H. O. Klages M. Kleifges J. Kleinfeller R. Krause N. Krohm D. Kuempel G. Kukec Mezek N. Kunka A. Kuotb Awad D. Lahurd L. Latronico R. Lauer M. Lauscher Pascal Lautridou D. Lebrun 1 P. Lebrun M. A. Leigui De Oliveira A. Letessier-Selvon I. Lhenry-Yvon K. Link L. Lopes R. López A. López Casado A. Lucero M. Malacari M. Mallamaci D. Mandat P. Mantsch A. G. Mariazzi V. Marin I. C. Mariş G. Marsella D. Martello H. Martinez O. Martínez Bravo J. J. Masías Meza H. J. Mathes S. Mathys J. Matthews J. A. J. Matthews G. Matthiae D. Maurizio E. Mayotte P. O. Mazur C. Medina G. Medina-Tanco V. B. B. Mello D. Melo A. Menshikov S. Messina M. I. Micheletti L. Middendorf I. A. Minaya L. Miramonti B. Mitrica L. Molina-Bueno S. Mollerach F. Montanet 1 C. Morello M. Mostafá C. A. Moura G. Müller M. A. Muller S. Müller I. Naranjo S. Navas P. Necesal L. Nellen A. Nelles J. Neuser P. H. Nguyen M. Niculescu-Oglinzanu M. Niechciol L. Niemietz T. Niggemann D. Nitz D. Nosek V. Novotny H. Nožka L. A. Núñez L. Ochilo F. Oikonomou A. Olinto N. Pacheco D. Pakk Selmi-Dei M. Palatka J. Pallotta P. Papenbreer G. Parente A. Parra T. Paul M. Pech J. Pękala R. Pelayo J. Peña-Rodriguez I. M. Pepe L. Perrone E. Petermann C. Peters S. Petrera J. Phuntsok R. Piegaia T. Pierog P. Pieroni M. Pimenta V. Pirronello M. Platino M. Plum C. Porowski R. R. Prado P. Privitera M. Prouza E. J. Quel S. Querchfeld S. Quinn J. Rautenberg O. Ravel D. Ravignani D. Reinert B. Revenu J. Ridky M. Risse P. Ristori V. Rizi W. Rodrigues De Carvalho J. Rodriguez Rojo M. D. Rodríguez-Frías D. Rogozin J. Rosado M. Roth E. Roulet A. C. Rovero S. J. Saffi A. Saftoiu H. Salazar A. Saleh F. Salesa Greus G. Salina J. D. Sanabria Gomez F. Sánchez P. Sanchez-Lucas E. M. Santos E. Santos F. Sarazin B. Sarkar R. Sarmento C. Sarmiento-Cano R. Sato C. Scarso M. Schauer V. Scherini H. Schieler D. Schmidt O. Scholten H. Schoorlemmer P. Schovánek F. G. Schröder A. Schulz J. Schulz J. Schumacher A. Segreto M. Settimo A. Shadkam R. C. Shellard G. Sigl O. Sima A. Śmiałkowski R. Šmída G. R. Snow P. Sommers S. Sonntag J. Sorokin R. Squartini D. Stanca S. Stanič J. Stapleton J. Stasielak M. Stephan F. Strafella A. Stutz 1 F. Suarez M. Suarez Durán T. Suomijärvi A. D. Supanitsky M. S. Sutherland J. Swain Z. Szadkowski O. A. Taborda A. Tapia A. Tepe V. M. Theodoro C. Timmermans C. J. Todero Peixoto G. Toma L. Tomankova B. Tomé A. Tonachini G. Torralba Elipe D. Torres Machado P. Travnicek M. Trini R. Ulrich M. Unger Martin Urban J. F. Valdés Galicia I. Valiño L. Valore G. Van Aar P. Van Bodegom A. M. van Den Berg A. Van Vliet E. Varela B. Vargas Cárdenas G. Varner R. Vasquez J. R. Vázquez R. A. Vázquez D. Veberič V. Verzi J. Vicha M. Videla L. Villaseñor S. Vorobiov H. Wahlberg O. Wainberg D. Walz A. A. Watson M. Weber K. Weidenhaupt A. Weindl L. Wiencke H. Wilczyński T. Winchen D. Wittkowski B. Wundheiler S. Wykes L. Yang T. Yapici A. Yushkov E. Zas D. Zavrtanik M. Zavrtanik A. Zepeda B. Zimmermann M. Ziolkowski Z. Zong F. Zuccarello. The Telescope Array Collaboration R. U. Abbasi M. Abe T. Abu-Zayyad M. Allen R. Azuma E. Barcikowski J. W. Belz D. R. Bergman S. A. Blake R. Cady M. J. Chae B. G. Cheon J. Chiba M. Chikawa W. R. Cho M. Fukushima T. Goto W. Hanlon Y. Hayashi N. Hayashida K. Hibino K. Honda D. Ikeda N. Inoue T. Ishii R. Ishimori H. Ito D. Ivanov C. C. H. Jui K. Kadota F. Kakimoto O. Kalashev K. Kasahara H. Kawai S. Kawakami S. Kawana K. Kawata E. Kido H. B. Kim J. H. Kim S. Kitamura Y. Kitamura V. Kuzmin Y. J. Kwon J. Lan S. I. Lim J. P. Lundquist K. Machida K. Martens T. Matsuda T. Matsuyama J. N. Matthews M. Minamino Y. Mukai I. Myers K. Nagasawa S. Nagataki T. Nakamura T. Nonaka A. Nozato S. Ogio J. Ogura M. Ohnishi H. Ohoka K. Oki T. Okuda M. Ono A. Oshima S. Ozawa I. H. Park M. S. Pshirkov D. C. Rodriguez G. Rubtsov D. Ryu H. Sagawa N. Sakurai L. M. Scott P. D. Shah F. Shibata T. Shibata H. Shimodaira B. K. Shin H. S. Shin J. D. Smith P. Sokolsky R. W. Springer B. T. Stokes S. R. Stratton T. A. Stroman T. Suzawa M. Takamura M. Takeda R. Takeishi A. Taketa M. Takita Y. Tameda H. Tanaka K. Tanaka M. Tanaka S. B. Thomas G. B. Thomson P. Tinyakov I. Tkachev H. Tokuno T. Tomida S. Troitsky Y. Tsunesada K. Tsutsumi Y. Uchihori S. Udo F. Urban G. Vasiloff T. Wong R. Yamane H. Yamaoka K. Yamazaki J. Yang K. Yashiro Y. Yoneda H. Yoshii R. Zollinger Z. Zundel
Abstract : This paper presents the results of different searches for correlations between very high-energy neutrino candidates detected by IceCube and the highest-energy cosmic rays measured by the Pierre Auger Observatory and the Telescope Array. We first consider samples of cascade neutrino events and of high-energy neutrino-induced muon tracks, which provided evidence for a neutrino flux of astrophysical origin, and study their cross-correlation with the ultrahigh-energy cosmic ray (UHECR) samples as a function of angular separation. We also study their possible directional correlations using a likelihood method stacking the neutrino arrival directions and adopting different assumptions on the size of the UHECR magnetic deflections. Finally, we perform another likelihood analysis stacking the UHECR directions and using a sample of through-going muon tracks optimized for neutrino point-source searches with sub-degree angular resolution. No indications of correlations at discovery level are obtained for any of the searches performed. The smallest of the p-values