The IceCube Neutrino Observatory is a cubic-kilometer-scale high-energy neutrino detector built into the ice at the South Pole. Construction of IceCube, the largest neutrino detector built to date, was completed in 2011 and enabled the discovery of high-energy astrophysical neutrinos. We describe here the design, production, and calibration of the IceCube digital optical module (DOM), the cable systems, computing hardware, and our methodology for drilling and deployment. We also describe the online triggering and data filtering systems that select candidate neutrino and cosmic ray events for analysis. Due to a rigorous pre-deployment protocol, 98.4% of the DOMs in the deep ice are operating and collecting data. IceCube routinely achieves a detector uptime of 99% by emphasizing software stability and monitoring. Detector operations have been stable since construction was completed, and the detector is expected to operate at least until the end of the next decade.

ABSTRACT The IceCube Collaboration has previously discovered a high-energy astrophysical neutrino flux using neutrino events with interaction vertices contained within the instrumented volume of the IceCube detector. We present a complementary measurement using charged current muon neutrino events where the interaction vertex can be outside this volume. As a consequence of the large muon range the effective area is significantly larger but the field of view is restricted to the Northern Hemisphere. IceCube data from 2009 through 2015 have been analyzed using a likelihood approach based on the reconstructed muon energy and zenith angle. At the highest neutrino energies between  and  a significant astrophysical contribution is observed, excluding a purely atmospheric origin of these events at  significance. The data are well described by an isotropic, unbroken power-law flux with a normalization at  neutrino energy of  and a hard spectral index of  . The observed spectrum is harder in comparison to previous IceCube analyses with lower energy thresholds which may indicate a break in the astrophysical neutrino spectrum of unknown origin. The highest-energy event observed has a reconstructed muon energy of  which implies a probability of less than  for this event to be of atmospheric origin. Analyzing the arrival directions of all events with reconstructed muon energies above  no correlation with known γ -ray sources was found. Using the high statistics of atmospheric neutrinos we report the current best constraints on a prompt atmospheric muon neutrino flux originating from charmed meson decays which is below 1.06 in units of the flux normalization of the model in Enberg et al.

An analysis of atmospheric neutrino data from all four run periods of \superk optimized for sensitivity to the neutrino mass hierarchy is presented. Confidence intervals for $\Delta m^2_{32}$, $\sin^2 \theta_{23}$, $\sin^2 \theta_{13}$ and $\delta_{CP}$ are presented for normal neutrino mass hierarchy and inverted neutrino mass hierarchy hypotheses based on atmospheric neutrino data alone. Additional constraints from reactor data on $\theta_{13}$ and from published binned T2K data on muon neutrino disappearance and electron neutrino appearance are added to the atmospheric neutrino fit to give enhanced constraints on the above parameters. Over the range of parameters allowed at 90% confidence level, the normal mass hierarchy is favored by between 91.5% and 94.5% based on the combined result.