Probing invisible neutrino decay with KM3NeT/ORCA
Authors:   The KM3NeT collaboration, 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. , Brânzaş 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. , Díaz A. F. , Diego-Tortosa D. , Distefano C. , Domi A. , Donzaud C. , Dornic D. , Dörr M. , Drakopoulou E. , Drouhin D. , Eberl T. , Eddyamoui A. , van Eeden T. , Eff M. , van Eijk D. , El Bojaddaini I. , El Hedri S. , Enzenhöfer A. , Espinosa V. , Ferrara G. , Filipović M. D. , Filippini F. , Fusco L. A. , Gabriel J. , Gal T. , García Méndez J. , Garcia Soto A. , Garufi F. , Gatius Oliver C. , Geißelbrecht N. , Gialanella L. , Giorgio E. , Girardi A. , Goos I. , Gozzini S. R. , Gracia R. , Graf K. , Guderian D. , Guidi C. , Guillon B. , Gutiérrez M. , Haegel L. , van Haren H. , Heijboer A. , Hekalo A. , Hennig L. , Hernández-Rey J. J. , Huang F. , Idrissi Ibnsalih W. , Illuminati G. , James C. W. , Janezashvili D. , de Jong M. , de Jong P. , Jung B. J. , Kalaczyński 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. , Mańczak J. , Margiotta A. , Marinelli A. , Markou C. , Martin L. , Martínez-Mora J. A. , Martini A. , Marzaioli F. , Mastrodicasa M. , Mastroianni S. , Melis K. W. , Miccichè 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. Ó , Orlando A. , Oukacha E. , Palacios González J. , Papalashvili G. , Papaleo R. , Pastor Gomez E. J. , Păun A. M. , Păvălaş G. E. , Pellegrino C. , Peña Martínez S. , Perrin-Terrin M. , Perronnel J. , Pestel V. , Piattelli P. , Pisanti O. , Poirè C. , Popa V. , Pradier T. , Pulvirenti S. , Quéméner 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. , Sánchez 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. , Zúñiga J. , Zywucka N. 
Published: April 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 θ23, $$ \Delta {m}_{31}^2 $$
Δ

m
31
2

and mass ordering have been studied. No significant effect of neutrino decay on the sensitivity to these measurements has been found.