Probing invisible neutrino decay with the first six detection units of KM3NeT/ORCA

S Aiello; A Albert; A.R Alhebsi; M Alshamsi; S. Alves Garre; A Ambrosone; F Ameli; M Andre; L Aphecetche; M Ardid; S Ardid; J Aublin; F Badaracco; L Bailly-Salins; Z Bardačová; B Baret; A Bariego-Quintana; Y Becherini; M Bendahman; F. Benfenati Gualandi; M Benhassi; M Bennani; D.M Benoit; E Berbee; V Bertin; S Biagi; M Boettcher; D Bonanno; A.B Bouasla; J Boumaaza; M Bouta; M Bouwhuis; C Bozza; R.M Bozza; H Brânzaş; F Bretaudeau; M Breuhaus; R Bruijn; J Brunner; R Bruno; E Buis; R Buompane; J Busto; B Caiffi; D Calvo; A Capone; F Carenini; V Carretero; T Cartraud; P Castaldi; V Cecchini; S Celli; L Cerisy; M Chabab; A Chen; S Cherubini; T Chiarusi; M Circella; R Clark; R Cocimano; J.A.B Coelho; A Coleiro; A Condorelli; R Coniglione; P Coyle; A Creusot; G Cuttone; R Dallier; A de Benedittis; G de Wasseige; V Decoene; P Deguire; I del Rosso; L.S Di Mauro; I Di Palma; A.F Díaz; D Diego-Tortosa; C Distefano; A Domi; C Donzaud; D Dornic; E Drakopoulou; D Drouhin; J.-G Ducoin; P Duverne; R Dvornický; T Eberl; E Eckerová; A Eddymaoui; T van Eeden; M Eff; D van Eijk; I. El Bojaddaini; S El Hedri; S. El Mentawi; V Ellajosyula; A Enzenhöfer; G Ferrara; M.D Filipović; F Filippini; D Franciotti; L.A Fusco; S Gagliardini; T Gal; J. García Méndez; A Garcia Soto; C. Gatius Oliver; N Geißelbrecht; E Genton; H Ghaddari; L Gialanella; B.K Gibson; E Giorgio; I Goos; P Goswami; S.R Gozzini; R Gracia; C Guidi; B Guillon; M Gutiérrez; C Haack; H van Haren; A Heijboer; L Hennig; J.J Hernández-Rey; A Idrissi; W. Idrissi Ibnsalih; G Illuminati; D Joly; M de Jong; P de Jong; B.J Jung; P Kalaczyński; V Kikvadze; G Kistauri; C Kopper; A Kouchner; Y.Y Kovalev; L Krupa; V Kueviakoe; V Kulikovskiy; R Kvatadze; M Labalme; R Lahmann; M Lamoureux; G Larosa; C Lastoria; J Lazar; A Lazo; S Le Stum; G Lehaut; V Lemaître; E Leonora; N Lessing; G Levi; M. Lindsey Clark; F Longhitano; F Magnani; J Majumdar; L Malerba; F Mamedov; A Manfreda; A Manousakis; M Marconi; A Margiotta; A Marinelli; C Markou; L Martin; M Mastrodicasa; S Mastroianni; J Mauro; K.C.K Mehta; A Meskar; G Miele; P Migliozzi; E Migneco; M.L Mitsou; C.M Mollo; L Morales-Gallegos; A Moussa; I. Mozun Mateo; R Muller; M.R Musone; M Musumeci; S Navas; A Nayerhoda; C.A Nicolau; B Nkosi; B.Ó Fearraigh; V Oliviero; A Orlando; E Oukacha; D Paesani; J Palacios González; G Papalashvili; V Parisi; A Parmar; E.J. Pastor Gomez; C Pastore; A.M Păun; G.E Păvălaş; S. Peña Martínez; M Perrin-Terrin; V Pestel; R Pestes; P Piattelli; A Plavin; C Poirè; V Popa; T Pradier; J Prado; S Pulvirenti; C.A Quiroz-Rangel; N Randazzo; A Ratnani; S Razzaque; I.C Rea; D Real; G Riccobene; A Romanov; E Ros; A Šaina; F Salesa Greus; D.F.E Samtleben; A Sánchez Losa; S Sanfilippo; M Sanguineti; D Santonocito; P Sapienza; M Scarnera; J Schnabel; J Schumann; H.M Schutte; J Seneca; N Sennan; P Sevle; I Sgura; R Shanidze; A Sharma; Y Shitov; F Šimkovic; A Simonelli; A Sinopoulou; B Spisso; M Spurio; D Stavropoulos; I Štekl; M Taiuti; G Takadze; Y Tayalati; H Thiersen; S Thoudam; I. Tosta E Melo; B Trocmé; V Tsourapis; A Tudorache; E Tzamariudaki; A Ukleja; A Vacheret; V Valsecchi; V van Elewyck; G Vannoye; G Vasileiadis; F. Vazquez de Sola; A Veutro; S Viola; D Vivolo; A van Vliet; E de Wolf; I Lhenry-Yvon; S Zavatarelli; A Zegarelli; D Zito; J.D Zornoza; J Zúñiga; N Zywucka

doi:10.1007/JHEP04(2025)105

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Probing invisible neutrino decay with the first six detection units of KM3NeT/ORCA

S Aiello, A Albert, A.R Alhebsi, M Alshamsi, S. Alves Garre, A Ambrosone, F Ameli, M Andre, L Aphecetche, M Ardid, …

JHEP, Vol.04

2025

DOI: https://doi.org/10.1007/JHEP04(2025)105

Abstract

Beyond Standard Model

Neutrino Detectors and Telescopes (experiments)

Oscillation

In the era of precision measurements of neutrino oscillation parameters, it is necessary for experiments to disentangle discrepancies that may indicate physics beyond the Standard Model in the neutrino sector. KM3NeT/ORCA is a water Cherenkov neutrino detector under construction and anchored at the bottom of the Mediterranean Sea. The detector is designed to study the oscillations of atmospheric neutrinos and determine the neutrino mass ordering. This paper focuses on the initial configuration of ORCA, referred to as ORCA6, which comprises six out of the foreseen 115 detection units of photosensors. A high-purity neutrino sample was extracted during 2020 and 2021, corresponding to an exposure of 433 kton-years. This sample is analysed following a binned log-likelihood approach to search for invisible neutrino decay, in a three-flavour neutrino oscillation scenario, where the third neutrino mass state $\nu_3$ decays into an invisible state, e.g. a sterile neutrino. The resulting best fit of the invisible neutrino decay parameter is $\alpha_3 = 0.92^{+1.08}_{-0.57}\times 10^{-4}~\mathrm{eV^2}$, corresponding to a scenario with $\theta_{23}$ in the second octant and normal neutrino mass ordering. The results are consistent with the Standard Model, within a $2.1\,\sigma$ interval.

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Title: Probing invisible neutrino decay with the first six detection units of KM3NeT/ORCA
Creators - without role: S Aiello - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Catania
A Albert - Université de Strasbourg
A.R Alhebsi - Khalifa University of Science and Technology
M Alshamsi - Aix-Marseille Université
S. Alves Garre - Universitat de València
A Ambrosone
F Ameli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
M Andre - Cidete
L Aphecetche - Nantes Université
M Ardid - Universitat Politècnica de València
S Ardid - Universitat Politècnica de València
J Aublin - Laboratoire AstroParticule et Cosmologie
F Badaracco - University of Genoa
L Bailly-Salins - Centre National de la Recherche Scientifique
Z Bardačová - Czech Technical University in Prague
B Baret - Laboratoire AstroParticule et Cosmologie
A Bariego-Quintana - Instituto de Física Corpuscular
Y Becherini - Université Paris Cité
M Bendahman
F. Benfenati Gualandi
M Benhassi - University of Campania "Luigi Vanvitelli"
M Bennani - Laboratoire Plasticité du Cerveau
D.M Benoit - University of Hull
E Berbee - National Institute for Subatomic Physics
V Bertin - Aix-Marseille Université
S Biagi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
M Boettcher - North-West University
D Bonanno - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
A.B Bouasla
J Boumaaza - Mohammed V University
M Bouta - Aix-Marseille Université
M Bouwhuis - National Institute for Subatomic Physics
C Bozza - University of Salerno
R.M Bozza
H Brânzaş - Institute of Space Science - INFLPR Subsidiary
F Bretaudeau - IMT Atlantique
M Breuhaus - Aix-Marseille Université
R Bruijn - National Institute for Subatomic Physics
J Brunner - Aix-Marseille Université
R Bruno - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Catania
E Buis - National Institute for Subatomic Physics
R Buompane - University of Campania "Luigi Vanvitelli"
J Busto - Aix-Marseille Université
B Caiffi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
D Calvo - Universitat de València
A Capone - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
F Carenini - University of Bologna
V Carretero - Universitat de València
T Cartraud - Laboratoire AstroParticule et Cosmologie
P Castaldi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
V Cecchini - Instituto de Física Corpuscular
S Celli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
L Cerisy - Aix-Marseille Université
M Chabab - Cadi Ayyad University
A Chen - University of the Witwatersrand
S Cherubini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
T Chiarusi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
M Circella - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
R Clark - Cyclotron (Netherlands)
R Cocimano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
J.A.B Coelho - Université Paris Cité
A Coleiro - Laboratoire AstroParticule et Cosmologie
A Condorelli
R Coniglione - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
P Coyle - Aix-Marseille Université
A Creusot - Université Paris Cité
G Cuttone - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
R Dallier - Centre National de la Recherche Scientifique
A de Benedittis
G de Wasseige - Cyclotron (Netherlands)
V Decoene - Nantes Université
P Deguire - Aix-Marseille Université
I del Rosso - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
L.S Di Mauro - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
I Di Palma - Sapienza University of Rome
A.F Díaz - Universidad de Granada
D Diego-Tortosa - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
C Distefano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
A Domi - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
C Donzaud - Laboratoire AstroParticule et Cosmologie
D Dornic - Aix-Marseille Université
E Drakopoulou - Institute of Nuclear and Particle Physics
D Drouhin - Université de Haute-Alsace
J.-G Ducoin - Aix-Marseille Université
P Duverne - Université Paris Cité
R Dvornický - Comenius University Bratislava
T Eberl - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
E Eckerová - Czech Technical University in Prague
A Eddymaoui - Mohammed V University
T van Eeden - National Institute for Subatomic Physics
M Eff - Université Paris Cité
D van Eijk - National Institute for Subatomic Physics
I. El Bojaddaini
S El Hedri - Laboratoire AstroParticule et Cosmologie
S. El Mentawi - Centre de physique des particules de Marseille
V Ellajosyula - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
A Enzenhöfer - Aix-Marseille Université
G Ferrara - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
M.D Filipović - Western Sydney University
F Filippini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
D Franciotti - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
L.A Fusco - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Gruppo Collegato di Salerno
S Gagliardini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
T Gal - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
J. García Méndez - Universitat Politècnica de València
A Garcia Soto
C. Gatius Oliver - National Institute for Subatomic Physics
N Geißelbrecht - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
E Genton - Cyclotron (Netherlands)
H Ghaddari - Mohamed I University
L Gialanella - University of Campania "Luigi Vanvitelli"
B.K Gibson - University of Hull
E Giorgio - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
I Goos - Université Paris Cité
P Goswami - Université Paris Cité
S.R Gozzini - Instituto de Física Corpuscular
R Gracia - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
C Guidi - University of Genoa
B Guillon - École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen
M Gutiérrez
C Haack - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
H van Haren - Royal Netherlands Institute for Sea Research
A Heijboer - National Institute for Subatomic Physics
L Hennig - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
J.J Hernández-Rey - Instituto de Física Corpuscular
A Idrissi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
W. Idrissi Ibnsalih
G Illuminati - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
D Joly - Aix-Marseille Université
M de Jong - National Institute for Subatomic Physics
P de Jong - National Institute for Subatomic Physics
B.J Jung - National Institute for Subatomic Physics
P Kalaczyński - Nicolaus Copernicus Astronomical Center
V Kikvadze - Tbilisi State University
G Kistauri - Tbilisi State University
C Kopper - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
A Kouchner - Centre National de la Recherche Scientifique
Y.Y Kovalev - Max Planck Institute for Radio Astronomy
L Krupa
V Kueviakoe - National Institute for Subatomic Physics
V Kulikovskiy - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
R Kvatadze - University of Georgia
M Labalme - Université de Caen Normandie
R Lahmann - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
M Lamoureux - Cyclotron (Netherlands)
G Larosa - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
C Lastoria - Centre National de la Recherche Scientifique
J Lazar - Cyclotron (Netherlands)
A Lazo - Instituto de Física Corpuscular
S Le Stum - Aix-Marseille Université
G Lehaut - Normandie Université
V Lemaître
E Leonora - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Catania
N Lessing - Universitat de València
G Levi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
M. Lindsey Clark - Université Paris Cité
F Longhitano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Catania
F Magnani - Aix-Marseille Université
J Majumdar - National Institute for Subatomic Physics
L Malerba - University of Genoa
F Mamedov - Czech Technical University in Prague
A Manfreda
A Manousakis - University of Sharjah
M Marconi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
A Margiotta - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
A Marinelli
C Markou - National Centre of Scientific Research "Demokritos"
L Martin - Nantes Université
M Mastrodicasa - Sapienza University of Rome
S Mastroianni
J Mauro - Cyclotron (Netherlands)
K.C.K Mehta
A Meskar - National Centre for Nuclear Research
G Miele
P Migliozzi
E Migneco - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
M.L Mitsou - University of Campania "Luigi Vanvitelli"
C.M Mollo
L Morales-Gallegos - University of Campania "Luigi Vanvitelli"
A Moussa - Mohamed I University
I. Mozun Mateo - Centre National de la Recherche Scientifique
R Muller - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
M.R Musone - University of Campania "Luigi Vanvitelli"
M Musumeci - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
S Navas - Universidad de Granada
A Nayerhoda - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
C.A Nicolau - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
B Nkosi - University of the Witwatersrand
B.Ó Fearraigh - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
V Oliviero
A Orlando - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
E Oukacha - Université Paris Cité
D Paesani - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
J Palacios González
G Papalashvili - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
V Parisi - University of Genoa
A Parmar - Centre National de la Recherche Scientifique
E.J. Pastor Gomez - Instituto de Física Corpuscular
C Pastore - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
A.M Păun - Institute of Space Science - INFLPR Subsidiary
G.E Păvălaş - Institute of Space Science - INFLPR Subsidiary
S. Peña Martínez - Centre National de la Recherche Scientifique
M Perrin-Terrin - Aix-Marseille Université
V Pestel - Laboratoire de Physique Corpusculaire de Caen
R Pestes - Centre National de la Recherche Scientifique
P Piattelli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
A Plavin - Max Planck Institute for Radio Astronomy
C Poirè - University of Salerno
V Popa - Institute of Space Science - INFLPR Subsidiary
T Pradier - Université de Strasbourg
J Prado - Instituto de Física Corpuscular
S Pulvirenti - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
C.A Quiroz-Rangel - Universitat Politècnica de València
N Randazzo - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Catania
A Ratnani - Université Mohammed VI Polytechnique
S Razzaque - University of Johannesburg
I.C Rea
D Real - Universitat de València
G Riccobene - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
A Romanov - Laboratoire de Physique Corpusculaire de Caen
E Ros - Max Planck Institute for Radio Astronomy
A Šaina - Instituto de Física Corpuscular
F Salesa Greus
D.F.E Samtleben - National Institute for Subatomic Physics
A Sánchez Losa
S Sanfilippo - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
M Sanguineti - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
D Santonocito - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
P Sapienza - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
M Scarnera - Laboratoire AstroParticule et Cosmologie
J Schnabel - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
J Schumann - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
H.M Schutte - North-West University
J Seneca - National Institute for Subatomic Physics
N Sennan - Mohamed I University
P Sevle - Cyclotron (Netherlands)
I Sgura - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
R Shanidze - Tbilisi State University
A Sharma - Université Paris Cité
Y Shitov - Czech Technical University in Prague
F Šimkovic - Comenius University Bratislava
A Simonelli
A Sinopoulou - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Catania
B Spisso
M Spurio - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
D Stavropoulos - National Centre of Scientific Research "Demokritos"
I Štekl - Czech Technical University in Prague
M Taiuti - University of Genoa
G Takadze - Tbilisi State University
Y Tayalati - Mohammed V University
H Thiersen - North-West University
S Thoudam - Khalifa University of Science and Technology
I. Tosta E Melo
B Trocmé - Université Paris Cité
V Tsourapis - Institute of Nuclear and Particle Physics
A Tudorache - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
E Tzamariudaki - Institute of Nuclear and Particle Physics
A Ukleja - National Centre for Nuclear Research
A Vacheret - Centre National de la Recherche Scientifique
V Valsecchi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
V van Elewyck - Institut Universitaire de France
G Vannoye - Aix-Marseille Université
G Vasileiadis - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
F. Vazquez de Sola - National Institute for Subatomic Physics
A Veutro - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
S Viola - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
D Vivolo - University of Campania "Luigi Vanvitelli"
A van Vliet - Khalifa University of Science and Technology
E de Wolf - National Institute for Subatomic Physics
I Lhenry-Yvon - Université Paris Cité
S Zavatarelli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
A Zegarelli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
D Zito - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
J.D Zornoza - Instituto de Física Corpuscular
J Zúñiga - Instituto de Física Corpuscular
N Zywucka - North-West University
Publication Details: JHEP, Vol.04
Identifiers: 9934004509311
Academic Unit: Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
Language: English
Resource Type: Journal article
Local Fields: hal-04917600