A search for high-energy neutrinos interacting within the IceCube detector between 2010 and 2012 provided the first evidence for a high-energy neutrino flux of extraterrestrial origin. Results from an analysis using the same methods with a third year (2012-2013) of data from the complete IceCube detector are consistent with the previously reported astrophysical flux in the 100 TeV-PeV range at the level of 10(-8) GeV cm-2 s-1 sr-1 per flavor and reject a purely atmospheric explanation for the combined three-year data at 5.7σ. The data are consistent with expectations for equal fluxes of all three neutrino flavors and with isotropic arrival directions, suggesting either numerous or spatially extended sources. The three-year data set, with a live time of 988 days, contains a total of 37 neutrino candidate events with deposited energies ranging from 30 to 2000 TeV. The 2000-TeV event is the highest-energy neutrino interaction ever observed.

We report on the observation of two neutrino-induced events which have an estimated deposited energy in the IceCube detector of 1.04±0.16 and 1.14±0.17 PeV, respectively, the highest neutrino energies observed so far. These events are consistent with fully contained particle showers induced by neutral-current ν(e,μ,τ) (ν(e,μ,τ)) or charged-current ν(e) (ν(e)) interactions within the IceCube detector. The events were discovered in a search for ultrahigh energy neutrinos using data corresponding to 615.9 days effective live time. The expected number of atmospheric background is 0.082±0.004(stat)(-0.057)(+0.041)(syst). The probability of observing two or more candidate events under the atmospheric background-only hypothesis is 2.9×10(-3) (2.8σ) taking into account the uncertainty on the expected number of background events. These two events could be a first indication of an astrophysical neutrino flux; the moderate significance, however, does not permit a definitive conclusion at this time.

Evidence for an extraterrestrial flux of high-energy neutrinos has now been found in multiple searches with the IceCube detector. The first solid evidence was provided by a search for neutrino events with deposited energies TeV and interaction vertices inside the instrumented volume. Recent analyses suggest that the extraterrestrial flux extends to lower energies and is also visible with throughgoing, νμ-induced tracks from the Northern Hemisphere. Here, we combine the results from six different IceCube searches for astrophysical neutrinos in a maximum-likelihood analysis. The combined event sample features high-statistics samples of shower-like and track-like events. The data are fit in up to three observables: energy, zenith angle, and event topology. Assuming the astrophysical neutrino flux to be isotropic and to consist of equal flavors at Earth, the all-flavor spectrum with neutrino energies between 25 TeV and 2.8 PeV is well described by an unbroken power law with best-fit spectral index −2.50 ± 0.09 and a flux at 100 TeV of . Under the same assumptions, an unbroken power law with index −2 is disfavored with a significance of 3.8σ (p = 0.0066%) with respect to the best fit. This significance is reduced to 2.1σ (p = 1.7%) if instead we compare the best fit to a spectrum with index −2 that has an exponential cut-off at high energies. Allowing the electron-neutrino flux to deviate from the other two flavors, we find a νe fraction of 0.18 ± 0.11 at Earth. The sole production of electron neutrinos, which would be characteristic of neutron-decay-dominated sources, is rejected with a significance of 3.6σ (p = 0.014%).

IceCube is a km-scale neutrino observatory under construction at the South Pole with sensors both in the deep ice (InIce) and on the surface (IceTop). The sensors, called Digital Optical Modules (DOMs), detect, digitize and timestamp the signals from optical Cherenkov-radiation photons. The DOM Main Board (MB) data acquisition subsystem is connected to the central DAQ in the IceCube Laboratory (ICL) by a single twisted copper wire-pair and transmits packetized data on demand. Time calibration is maintained throughout the array by regular transmission to the DOMs of precisely timed analog signals, synchronized to a central GPS-disciplined clock. The design goals and consequent features, functional capabilities, and initial performance of the DOM MB, and the operation of a combined array of DOMs as a system, are described here. Experience with the first InIce strings and the IceTop stations indicates that the system design and performance goals have been achieved.

Results from the IceCube Neutrino Observatory have recently provided compelling evidence for the existence of a high energy astrophysical neutrino flux utilizing a dominantly Southern Hemisphere data set consisting primarily of ν(e) and ν(τ) charged-current and neutral-current (cascade) neutrino interactions. In the analysis presented here, a data sample of approximately 35,000 muon neutrinos from the Northern sky is extracted from data taken during 659.5 days of live time recorded between May 2010 and May 2012. While this sample is composed primarily of neutrinos produced by cosmic ray interactions in Earth's atmosphere, the highest energy events are inconsistent with a hypothesis of solely terrestrial origin at 3.7σ significance. These neutrinos can, however, be explained by an astrophysical flux per neutrino flavor at a level of Φ(E(ν))=9.9(-3.4)(+3.9)×10(-19) GeV(-1) cm(-2) sr(-1) s(-1)(E(ν)/100 TeV(-2), consistent with IceCube's Southern-Hemisphere-dominated result. Additionally, a fit for an astrophysical flux with an arbitrary spectral index is performed. We find a spectral index of 2.2(-0.2)(+0.2), which is also in good agreement with the Southern Hemisphere result.

The IceCube Neutrino Observatory was designed primarily to search for high-energy (TeV-PeV) neutrinos produced in distant astrophysical objects. A search for $\ensuremath{\gtrsim}100\text{ }\text{ }\mathrm{TeV}$ neutrinos interacting inside the instrumented volume has recently provided evidence for an isotropic flux of such neutrinos. At lower energies, IceCube collects large numbers of neutrinos from the weak decays of mesons in cosmic-ray air showers. Here we present the results of a search for neutrino interactions inside IceCube's instrumented volume between 1 TeV and 1 PeV in 641 days of data taken from 2010--2012, lowering the energy threshold for neutrinos from the southern sky below 10 TeV for the first time, far below the threshold of the previous high-energy analysis. Astrophysical neutrinos remain the dominant component in the southern sky down to a deposited energy of 10 TeV. From these data we derive new constraints on the diffuse astrophysical neutrino spectrum, ${\mathrm{\ensuremath{\Phi}}}_{\ensuremath{\nu}}=2.0{6}_{\ensuremath{-}0.3}^{+0.4}\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}1{0}^{\ensuremath{-}18}{({E}_{\ensuremath{\nu}}/1{0}^{5}\text{ }\text{ }\mathrm{GeV})}^{\ensuremath{-}2.46\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.12}{\mathrm{GeV}}^{\ensuremath{-}1}\text{ }{\mathrm{cm}}^{\ensuremath{-}2}\text{ }{\mathrm{sr}}^{\ensuremath{-}1}\text{ }{\mathrm{s}}^{\ensuremath{-}1}$ for $25\text{ }\text{ }\mathrm{TeV}<{E}_{\ensuremath{\nu}}<1.4\text{ }\text{ }\mathrm{PeV}$, as well as the strongest upper limit yet on the flux of neutrinos from charmed-meson decay in the atmosphere, 1.52 times the benchmark theoretical prediction used in previous IceCube results at 90% confidence.

Accurate measurement of neutrino energies is essential to many of the scientific goals of large-volume neutrino telescopes. The fundamental observable in such detectors is the Cherenkov light produced by the transit through a medium of charged particles created in neutrino interactions. The amount of light emitted is proportional to the deposited energy, which is approximately equal to the neutrino energy for νe and νμ charged-current interactions and can be used to set a lower bound on neutrino energies and to measure neutrino spectra statistically in other channels. Here we describe methods and performance of reconstructing charged-particle energies and topologies from the observed Cherenkov light yield, including techniques to measure the energies of uncontained muon tracks, achieving average uncertainties in electromagnetic-equivalent deposited energy of ∼ 15% above 10 TeV.