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In the era of precision measurements of the neutrino oscillation parameters, upcoming neutrino experiments will also be sensitive to physics beyond the Standard Model. KM3NeT/ORCA is a neutrino detector optimised for measuring atmospheric neutrinos from a few GeV to around 100 GeV. In this paper, the sensitivity of the KM3NeT/ORCA detector to neutrino decay has been explored. A three-flavour neutrino oscillation scenario, where the third neutrino mass state ν3 decays into an invisible state, e.g. a sterile neutrino, is considered. We find that KM3NeT/ORCA would be sensitive to invisible neutrino decays with 1/α3 = τ3/m3 < 180 ps/eV at 90% confidence level, assuming true normal ordering. Finally, the impact of neutrino decay on the precision of KM3NeT/ORCA measurements for θ_23, Delta m^2_ 31and mass ordering have been studied. No significant effect of neutrino decay on the sensitivity to these measurements has been found.
Probing invisible neutrino decay with KM3NeT/ORCA / Aiello, S.; Albert, A.; Alves Garre, S.; Aly, Z.; Ambrosone, A.; Ameli, F.; Andre, M.; Anghinolfi, M.; Anguita, M.; Ardid, M.; Ardid, S.; Aublin, J.; Bagatelas, C.; Bailly-Salins, L.; Baret, B.; Basegmez du Pree, S.; Becherini, Y.; Bendahman, M.; Benfenati, F.; Berbee, E.; Bertin, V.; Biagi, S.; Boettcher, M.; Bou Cabo, M.; Boumaaza, J.; Bouta, M.; Bouwhuis, M.; Bozza, C.; Br??nza??, H.; Bruijn, R.; Brunner, J.; Bruno, R.; Buis, E.; Buompane, R.; Busto, J.; Caiffi, B.; Calvo, D.; Campion, S.; Capone, A.; Carenini, F.; Carretero, V.; Castaldi, P.; Celli, S.; Cerisy, L.; Chabab, M.; Chau, N.; Chen, A.; Cherkaoui El Moursli, R.; Cherubini, S.; Chiarella, V.; Chiarusi, T.; Circella, M.; Cocimano, R.; Coelho, J. A. B.; Coleiro, A.; Coniglione, R.; Coyle, P.; Creusot, A.; Cruz, A.; Cuttone, G.; Dallier, R.; Darras, Y.; De Benedittis, A.; De Martino, B.; Decoene, V.; Del Burgo, R.; Di Palma, I.; D??az, A. F.; Diego-Tortosa, D.; Distefano, C.; Domi, A.; Donzaud, C.; Dornic, D.; D??rr, M.; Drakopoulou, E.; Drouhin, D.; Eberl, T.; Eddyamoui, A.; van Eeden, T.; Eff, M.; van Eijk, D.; El Bojaddaini, I.; El Hedri, S.; Enzenh??fer, A.; Espinosa, V.; Ferrara, G.; Filipovi??, M. D.; Filippini, F.; Fusco, L. A.; Gabriel, J.; Gal, T.; M??ndez, J. Garc??a.; Garcia Soto, A.; Garufi, F.; Gatius Oliver, C.; Gei??elbrecht, N.; Gialanella, L.; Giorgio, E.; Girardi, A.; Goos, I.; Gozzini, S. R.; Gracia, R.; Graf, K.; Guderian, D.; Guidi, C.; Guillon, B.; Guti??rrez, M.; Haegel, L.; van Haren, H.; Heijboer, A.; Hekalo, A.; Hennig, L.; Hern??ndez-Rey, J. J.; Huang, F.; Idrissi Ibnsalih, W.; Illuminati, G.; James, C. W.; Janezashvili, D.; de Jong, M.; de Jong, P.; Jung, B. J.; Kalaczy??ski, P.; Kalekin, O.; Katz, U. F.; Khan Chowdhury, N. R.; Kistauri, G.; van der Knaap, F.; Kooijman, P.; Kouchner, A.; Kulikovskiy, V.; Labalme, M.; Lahmann, R.; Lakhal, A.; Lamoureux, M.; Larosa, G.; Lastoria, C.; Lazo, A.; Le Breton, R.; Le Stum, S.; Lehaut, G.; Leonora, E.; Lessing, N.; Levi, G.; Liang, S.; Lindsey Clark, M.; Longhitano, F.; Maderer, L.; Majumdar, J.; Ma??czak, J.; Margiotta, A.; Marinelli, A.; Markou, C.; Martin, L.; Mart??nez-Mora, J. A.; Martini, A.; Marzaioli, F.; Mastrodicasa, M.; Mastroianni, S.; Melis, K. W.; Miccich??, S.; Miele, G.; Migliozzi, P.; Migneco, E.; Mijakowski, P.; Mollo, C. M.; Morales-Gallegos, L.; Morley-Wong, C.; Moussa, A.; Muller, R.; Musone, M. R.; Musumeci, M.; Nauta, L.; Navas, S.; Nicolau, C. A.; Nkosi, B.; ?? Fearraigh, B.; Orlando, A.; Oukacha, E.; Palacios Gonz??lez, J.; Papalashvili, G.; Papaleo, R.; Pastor Gomez, E. J.; P??un, A. M.; P??v??la??, G. E.; Pellegrino, C.; Mart??nez, S. Pe??a.; Perrin-Terrin, M.; Perronnel, J.; Pestel, V.; Piattelli, P.; Pisanti, O.; Poir??, C.; Popa, V.; Pradier, T.; Pulvirenti, S.; Qu??m??ner, G.; Rahaman, U.; Randazzo, N.; Razzaque, S.; Rea, I. C.; Real, D.; Reck, S.; Riccobene, G.; Robinson, J.; Romanov, A.; Salesa Greus, F.; Samtleben, D. F. E.; S??nchez Losa, A.; Sanguineti, M.; Santonastaso, C.; Santonocito, D.; Sapienza, P.; Sathe, A.; Schnabel, J.; Schneider, M. F.; Schumann, J.; Schutte, H. M.; Seneca, J.; Sgura, I.; Shanidze, R.; Sharma, A.; Simonelli, A.; Sinopoulou, A.; Smirnov, M. V.; Spisso, B.; Spurio, M.; Stavropoulos, D.; Stellacci, S. M.; Taiuti, M.; Tavzarashvili, K.; Tayalati, Y.; Tedjditi, H.; Thakore, T.; Thiersen, H.; Tsagkli, S.; Tsourapis, V.; Tzamariudaki, E.; Van Elewyck, V.; Vannoye, G.; Vasileiadis, G.; Versari, F.; Viola, S.; Vivolo, D.; Warnhofer, H.; Wilms, J.; de Wolf, E.; Yepes-Ramirez, H.; Yousfi, T.; Zavatarelli, S.; Zegarelli, A.; Zito, D.; Zornoza, J. D.; Z????iga, J.; Zywucka, N.. - In: JOURNAL OF HIGH ENERGY PHYSICS. - ISSN 1029-8479. - 2023:4(2023). [10.1007/jhep04(2023)090]
Probing invisible neutrino decay with KM3NeT/ORCA
S. Aiello;A. Albert;S. Alves Garre;Z. Aly;A. Ambrosone;F. Ameli;M. Andre;M. Anghinolfi;M. Anguita;M. Ardid;S. Ardid;J. Aublin;C. Bagatelas;L. Bailly-Salins;B. Baret;S. Basegmez du Pree;Y. Becherini;M. Bendahman;F. Benfenati;E. Berbee;V. Bertin;S. Biagi;M. Boettcher;M. Bou Cabo;J. Boumaaza;M. Bouta;M. Bouwhuis;C. Bozza;H. Br??nza??;R. Bruijn;J. Brunner;R. Bruno;E. Buis;R. Buompane;J. Busto;B. Caiffi;D. Calvo;S. Campion;A. Capone;F. Carenini;V. Carretero;P. Castaldi;S. Celli;L. Cerisy;M. Chabab;N. Chau;A. Chen;R. Cherkaoui El Moursli;S. Cherubini;V. Chiarella;T. Chiarusi;M. Circella;R. Cocimano;J. A. B. Coelho;A. Coleiro;R. Coniglione;P. Coyle;A. Creusot;A. Cruz;G. Cuttone;R. Dallier;Y. Darras;A. De Benedittis;B. De Martino;V. Decoene;R. Del Burgo;I. Di Palma;A. F. D??az;D. Diego-Tortosa;C. Distefano;A. Domi;C. Donzaud;D. Dornic;M. D??rr;E. Drakopoulou;D. Drouhin;T. Eberl;A. Eddyamoui;T. van Eeden;M. Eff;D. van Eijk;I. El Bojaddaini;S. El Hedri;A. Enzenh??fer;V. Espinosa;G. Ferrara;M. D. Filipovi??;F. Filippini;L. A. Fusco;J. Gabriel;T. Gal;J. Garc??a M??ndez;A. Garcia Soto;F. Garufi;C. Gatius Oliver;N. Gei??elbrecht;L. Gialanella;E. Giorgio;A. Girardi;I. Goos;S. R. Gozzini;R. Gracia;K. Graf;D. Guderian;C. Guidi;B. Guillon;M. Guti??rrez;L. Haegel;H. van Haren;A. Heijboer;A. Hekalo;L. Hennig;J. J. Hern??ndez-Rey;F. Huang;W. Idrissi Ibnsalih;G. Illuminati;C. W. James;D. Janezashvili;M. de Jong;P. de Jong;B. J. Jung;P. Kalaczy??ski;O. Kalekin;U. F. Katz;N. R. Khan Chowdhury;G. Kistauri;F. van der Knaap;P. Kooijman;A. Kouchner;V. Kulikovskiy;M. Labalme;R. Lahmann;A. Lakhal;M. Lamoureux;G. Larosa;C. Lastoria;A. Lazo;R. Le Breton;S. Le Stum;G. Lehaut;E. Leonora;N. Lessing;G. Levi;S. Liang;M. Lindsey Clark;F. Longhitano;L. Maderer;J. Majumdar;J. Ma??czak;A. Margiotta;A. Marinelli;C. Markou;L. Martin;J. A. Mart??nez-Mora;A. Martini;F. Marzaioli;M. Mastrodicasa;S. Mastroianni;K. W. Melis;S. Miccich??;G. Miele;P. Migliozzi;E. Migneco;P. Mijakowski;C. M. Mollo;L. Morales-Gallegos;C. Morley-Wong;A. Moussa;R. Muller;M. R. Musone;M. Musumeci;L. Nauta;S. Navas;C. A. Nicolau;B. Nkosi;B. ?? Fearraigh;A. Orlando;E. Oukacha;J. Palacios Gonz??lez;G. Papalashvili;R. Papaleo;E. J. Pastor Gomez;A. M. P??un;G. E. P??v??la??;C. Pellegrino;S. Pe??a Mart??nez;M. Perrin-Terrin;J. Perronnel;V. Pestel;P. Piattelli;O. Pisanti;C. Poir??;V. Popa;T. Pradier;S. Pulvirenti;G. Qu??m??ner;U. Rahaman;N. Randazzo;S. Razzaque;I. C. Rea;D. Real;S. Reck;G. Riccobene;J. Robinson;A. Romanov;F. Salesa Greus;D. F. E. Samtleben;A. S??nchez Losa;M. Sanguineti;C. Santonastaso;D. Santonocito;P. Sapienza;A. Sathe;J. Schnabel;M. F. Schneider;J. Schumann;H. M. Schutte;J. Seneca;I. Sgura;R. Shanidze;A. Sharma;A. Simonelli;A. Sinopoulou;M. V. Smirnov;B. Spisso;M. Spurio;D. Stavropoulos;S. M. Stellacci;M. Taiuti;K. Tavzarashvili;Y. Tayalati;H. Tedjditi;T. Thakore;H. Thiersen;S. Tsagkli;V. Tsourapis;E. Tzamariudaki;V. Van Elewyck;G. Vannoye;G. Vasileiadis;F. Versari;S. Viola;D. Vivolo;H. Warnhofer;J. Wilms;E. de Wolf;H. Yepes-Ramirez;T. Yousfi;S. Zavatarelli;A. Zegarelli;D. Zito;J. D. Zornoza;J. Z????iga;N. Zywucka
2023
Abstract
In the era of precision measurements of the neutrino oscillation parameters, upcoming neutrino experiments will also be sensitive to physics beyond the Standard Model. KM3NeT/ORCA is a neutrino detector optimised for measuring atmospheric neutrinos from a few GeV to around 100 GeV. In this paper, the sensitivity of the KM3NeT/ORCA detector to neutrino decay has been explored. A three-flavour neutrino oscillation scenario, where the third neutrino mass state ν3 decays into an invisible state, e.g. a sterile neutrino, is considered. We find that KM3NeT/ORCA would be sensitive to invisible neutrino decays with 1/α3 = τ3/m3 < 180 ps/eV at 90% confidence level, assuming true normal ordering. Finally, the impact of neutrino decay on the precision of KM3NeT/ORCA measurements for θ_23, Delta m^2_ 31and mass ordering have been studied. No significant effect of neutrino decay on the sensitivity to these measurements has been found.
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