Sensitivity to light sterile neutrino mixing parameters with KM3NeT/ORCA
Authors:   The KM3NeT collaboration, Aiello S. , Albert A. , Alshamsi M. , Alves Garre S. , Aly Z. , Ambrosone A. , Ameli F. , Andre M. , Androulakis G. , Anghinolfi M. , Anguita M. , Anton G. , Ardid M. , Ardid S. , Aublin J. , Bagatelas C. , Baret B. , Basegmez du Pree S. , Bendahman M. , Benfenati F. , Berbee E. , van den Berg A. M. , Bertin V. , Biagi S. , Bissinger M. , Boettcher M. , Bou Cabo M. , Boumaaza J. , Bouta M. , Bouwhuis M. , Bozza C. , Brânzaş H. , Bretaudeau F. , Bruijn R. , Brunner J. , Bruno R. , Buis E. , Buompane R. , Busto J. , Caiffi B. , Calvo D. , Campion S. , 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. , Coniglione R. , Coyle P. , Creusot A. , Cruz A. , Cuttone G. , Dallier R. , De Martino B. , De Palma M. , Di Palma I. , Díaz A. F. , Diego-Tortosa D. , Distefano C. , Domi A. , Donzaud C. , Dornic D. , Dörr M. , Drouhin D. , Eberl T. , Eddyamoui A. , van Eeden T. , van Eijk D. , El Bojaddaini I. , Elsaesser D. , Enzenhöfer A. , Espinosa V. , Fermani P. , Ferrara G. , Filipović M. D. , Filippini F. , Fusco L. A. , Gal T. , García Méndez J. , Garcia Soto A. , Garufi F. , Gatelet Y. , Geißelbrecht N. , Gialanella L. , Giorgio E. , Gozzini S. R. , Gracia R. , Graf K. , Grella G. , Guderian D. , Guidi C. , Gutiérrez M. , Haefner J. , Hallmann S. , Hamdaoui H. , van Haren H. , Heijboer A. , Hekalo A. , Hennig L. , Hernández-Rey J. J. , Hofestädt J. , Huang F. , Idrissi Ibnsalih W. , 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. , Kooijman P. , Kouchner A. , Kulikovskiy V. , Lahmann R. , Lamoureux M. , Lara G. , Larosa G. , Lastoria C. , Le Breton R. , Le Stum S. , Leonardi O. , Leone F. , Leonora E. , Lessing N. , Levi G. , Lincetto M. , Lindsey Clark M. , Lipreau T. , Longhitano F. , Lopez-Coto D. , Lygda A. , Maderer L. , Mańczak J. , Mannheim K. , Margiotta A. , Marinelli A. , Markou C. , Martin L. , Martínez-Mora J. A. , Martini A. , Marzaioli F. , Mastroianni S. , Melis K. W. , Miele G. , Migliozzi P. , Migneco E. , Mijakowski P. , Miranda L. S. , Mollo C. M. , Moser M. , Moussa A. , Muller R. , Musumeci M. , Nauta L. , Navas S. , Nicolau C. A. , Nkosi B. , 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. , Peña Martínez S. , Perrin-Terrin M. , Pestel V. , Piattelli P. , Pieterse C. , Pisanti O. , Poirè C. , Pontoriere V. , Popa V. , Pradier T. , Probst I. , Pühlhofer G. , Pulvirenti S. , Randazzo N. , Razzaque S. , Real D. , Reck S. , Riccobene G. , Romanov A. , Rovelli A. , Salesa Greus F. , Samtleben D. F. E. , Sánchez Losa A. , Sanguineti M. , Santangelo A. , Santonocito D. , Sapienza P. , Schnabel J. , Schneider M. F. , Schumann J. , Schutte H. M. , Seneca J. , Sgura I. , Shanidze R. , Sharma A. , Sinopoulou A. , Spisso B. , Spurio M. , Stavropoulos D. , Stellacci S. M. , Taiuti M. , Tatone F. , Tayalati Y. , Thakore T. , Thiersen H. , Tingay S. , Tsagkli S. , Tsourapis V. , Tzamariudaki E. , Tzanetatos D. , Van Elewyck V. , Vasileiadis G. , Versari F. , Vivolo D. , de Wasseige G. , Wilms J. , Wojaczyński R. , de Wolf E. , Yousfi T. , Zavatarelli S. , Zegarelli A. , Zito D. , Zornoza J. D. , Zúñiga J. , Zywucka N. 
Published: October 2021

Abstract

KM3NeT/ORCA is a next-generation neutrino telescope optimised for atmospheric neutrino oscillations studies. In this paper, the sensitivity of ORCA to the presence of a light sterile neutrino in a 3+1 model is presented. After three years of data taking, ORCA will be able to probe the active-sterile mixing angles θ14, θ24, θ34 and the effective angle θμe, over a broad range of mass squared difference $$ \Delta {m}_{41}^2 $$
∆

m
41
2

∼ [10−5, 10] eV2, allowing to test the eV-mass sterile neutrino hypothesis as the origin of short baseline anomalies, as well as probing the hypothesis of a very light sterile neutrino, not yet constrained by cosmology. ORCA will be able to explore a relevant fraction of the parameter space not yet reached by present measurements.