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Improved eV-scale sterile-neutrino constraints from the second KATRIN measurement campaign

KATRIN Collaboration; Aker, M. ORCID iD icon 1; Batzler, D. 1; Beglarian, A. 2; Behrens, J. 1; Berlev, A.; Besserer, U. 1; Bieringer, B.; Block, F. 3; Bobien, S. 4; Bornschein, B. 1; Bornschein, L. 1; Böttcher, M.; Brunst, T.; Caldwell, T. S.; Carney, R. M. D.; Chilingaryan, S. ORCID iD icon 2; Choi, W. 3; Debowski, K.; ... mehr

Abstract:

We present the results of the light sterile neutrino search from the second Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN) measurement campaign in 2019. Approaching nominal activity, 3.76×106 tritium β-electrons are analyzed in an energy window extending down to 40 eV below the tritium end point at E0=18.57  keV. We consider the 3ν+1 framework with three active and one sterile neutrino flavors. The analysis is sensitive to a fourth mass eigenstate m24≲1600  eV2 and active-to-sterile mixing |Ue4|2≳6×10−3. As no sterile-neutrino signal was observed, we provide improved exclusion contours on m24 and |Ue4|2 at 95% C.L. Our results supersede the limits from the Mainz and Troitsk experiments. Furthermore, we are able to exclude the large Δm241 solutions of the reactor antineutrino and gallium anomalies to a great extent. The latter has recently been reaffirmed by the BEST Collaboration and could be explained by a sterile neutrino with large mixing. While the remaining solutions at small Δm241 are mostly excluded by short-baseline reactor experiments, KATRIN is the only ongoing laboratory experiment to be sensitive to relevant solutions at large Δm241 through a robust spectral shape analysis.

Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Astroteilchenphysik (IAP)
Institut für Experimentelle Teilchenphysik (ETP)
Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE)
Institut für Technische Physik (ITEP)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 04.2022
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2470-0010, 2470-0029
KITopen-ID: 1000146322
HGF-Programm 51.13.01 (POF IV, LK 01) Neutrinophysik und Dunkle Materie
Erschienen in Physical Review D
Verlag American Physical Society (APS)
Band 105
Heft 7
Seiten Art.-Nr.: 072004
Bemerkung zur Veröffentlichung Gefördert durch SCOAP3
Vorab online veröffentlicht am 19.04.2022
Nachgewiesen in Dimensions
arXiv
Scopus
OpenAlex
Web of Science
Globale Ziele für nachhaltige Entwicklung Ziel 7 – Bezahlbare und saubere Energie

Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000146322
Veröffentlicht am 13.05.2022
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1103/PhysRevD.105.072004
Scopus
Zitationen: 33
Web of Science
Zitationen: 27
Dimensions
Zitationen: 28
Seitenaufrufe: 165
seit 13.05.2022
Downloads: 115
seit 26.05.2022
Cover der Publikation
KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft
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