Probing invisible neutrino decay with KM3NeT-ORCA

• Published in: Journal of High Energy Physics
• Main Authors: Aiello, S., Albert, A., Garre, S. Alves, Aly, Z., Ameli, F., Anassontzis, E.G., Andre, M., Androulakis, G., Anghinolfi, M., Anguita, M., Anton, G., Ardid, M., Aublin, J., Bagatelas, C., Barbarino, G., Baret, B., Du Pree, S. Basegmez, Bendahman, M., Berbee, E., van den Berg, A.M., Bertin, V., Biagi, S., Billault, M., Bissinger, M., Boettcher, M., Boumaaza, J., Bouta, M., Bouwhuis, M., Bozza, C., Brânzaş, H., Bruijn, R., Brunner, J., Buis, E., Buompane, R., Busto, J., Cacopardo, G., Caiffi, B., Caillat, L., Calvo, D., Capone, A., Carretero, V., Castaldi, P., Celli, S., Chabab, M., Chau, N., Chen, A., Cherubini, S., Chiarella, V., Chiarusi, T., Circella, M., Cocimano, R., Coelho, J.A.B., Coleiro, A., Colomer Molla, M., Colonges, S., Coniglione, R., Corredoira, I., Cosquer, A., Coyle, P., Creusot, A., Cuttone, G., d'Amato, C., d'Onofrio, A., Dallier, R., De Palma, M., Di Palma, I., Díaz, A.F., Diego-Tortosa, D., Distefano, C., Domi, A., Donà, R., Donzaud, C., Dornic, D., Dörr, M., Drouhin, D., Eberl, T., Eddyamoui, A., van Eeden, T., van Eijk, D., Bojaddaini, I. El, Elsaesser, D., Enzenhöfer, A., Espinosa, V., Fermani, P., Ferrara, G., Filipović, M.D., Filippini, F., Fusco, L.A., Gabella, O., Gal, T., Garcia Soto, A., Garufi, F., Gatelet, Y., Geißelbrecht, N., Gialanella, L., Giorgio, E., Gozzini, S.R., Gracia, R., Graf, K., Grasso, D., Grella, G., Grmek, A., Guderian, D., Guidi, C., Hallmann, S., Hamdaoui, H., van Haren, H., Heijboer, A., Hekalo, A., Henry, S., Hernández-Rey, J.J., Hillebrand, T., Hofestädt, J., Huang, F., Ibnsalih, W. Idrissi, Ilioni, A., Illuminati, G., James, C.W., de Jong, M., de Jong, P., Jung, B.J., Kadler, M., Kalaczyński, P., Kalekin, O., Katz, U.F., Khan Chowdhury, N.R., Kistauri, G., van der Knaap, F., Koffeman, E.N., Kooijman, P., Kouchner, A., Kreter, M., Kulikovskiy, V., Lahmann, R., Lamare, P., Larosa, G., Laurence, J., Le Breton, R., Leonardi, O., Leone, F., Leonora, E., Levi, G., Lincetto, M., Clark, M. Lindsey, Lipreau, T., Longhitano, F., Lopez-Coto, D., Maderer, L., Mańczak, J., Mannheim, K., Margiotta, A., Marinelli, A., Markou, C., Martin, L., Martínez-Mora, J.A., Martini, A., Marzaioli, F., Mastroianni, S., Mazzou, S., Melis, K.W., Miele, G., Migliozzi, P., Migneco, E., Mijakowski, P., Miranda, L.S., Mollo, C.M., Mongelli, M., Morganti, M., Moser, M., Moussa, A., Muller, R., Pérez, D. Muñoz, Musumeci, M., Nauta, L., Navas, S., Nicolau, C.A., Fearraigh, B.Ó., O'Sullivan, M., Organokov, M., Orlando, A., Palacios González, J., Papalashvili, G., Papaleo, R., Pastore, C., Păun, A.M., Păvălaş, G.E., Pellegrino, C., Perrin-Terrin, M., Piattelli, P., Pieterse, C., Pikounis, K., Pisanti, O., Poirè, C., Popa, V., Pradier, T., Pühlhofer, G., Pulvirenti, S., Rabyang, O., Raffaelli, F., Randazzo, N., Razzaque, S., Real, D., Reck, S., Riccobene, G., Richer, M., Rivoire, S., Rovelli, A., Salesa Greus, F., Samtleben, D.F.E., Sánchez Losa, A., Sanguineti, M., Santangelo, A., Santonocito, D., Sapienza, P., Schnabel, J., Schumann, J., Seneca, J., Sgura, I., Shanidze, R., Sharma, A., Simeone, F., Sinopoulou, A., Spisso, B., Spurio, M., Stavropoulos, D., Steijger, J., Stellacci, S.M., Taiuti, M., Tayalati, Y., Tenllado, E., Tézier, D., Thakore, T., Tingay, S., Tzamariudaki, E., Tzanetatos, D., van Elewyck, V., Vasileiadis, G., Versari, F., Viola, S., Vivolo, D., de Wasseige, G., Wilms, J., Wojaczyński, R., de Wolf, E., Zavatarelli, S., Zegarelli, A., Zito, D., Zornoza, J.D., Zúñiga, J., Zywucka, N.
• Other Authors: Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA)), Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM), Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées (SUBATECH), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom Paris (IMT)-Institut Mines-Télécom Paris (IMT)-Nantes université - UFR des Sciences et des Techniques (Nantes univ - UFR ST), Nantes Université - pôle Sciences et technologie, Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - pôle Sciences et technologie, Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ), Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), Institut Universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), KM3NeT, ANR-18-IDEX-0001,Université de Paris,Université de Paris(2018), ANR-10-LABX-0023,UnivEarthS,Earth - Planets - Universe: observation, modeling, transfer(2010)
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2023
• Subjects: neutrino; decay; oscillation; detector; atmosphere; KM3NeT; sensitivity; mass; effect; sterile; GeV; new physics; [PHYS.HEXP]Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex]; Orca
• Online Access: https://hal.science/hal-03997454; https://doi.org/10.1007/JHEP04(2023)090

International audience 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 $\nu_3$ 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 $1/\alpha_3=\tau_3/m_3 < 180$~$\mathrm{ps/eV}$ at $90\%$ confidence level, assuming true normal ordering. Finally, the impact of neutrino decay on the precision of KM3NeT/ORCA measurements for $\theta_{23}$, $\Delta m^2_{31}$ and mass ordering have been studied. No significant effect of neutrino decay on the sensitivity to these measurements has been found.