Constraining visible neutrino decay at KamLAND and JUNO
Yago P. Porto-Silva, Suprabh Prakash, O. L. G. Peres, Hiroshi Nunokawa, Hisakazu Minakata
Abstract
Abstract We study visible neutrino decay at the reactor neutrino experiments KamLAND and, JUNO. Assuming the Majoron model of neutrino decay, we obtain constraints on the couplings between Majoron and neutrino as well as on the lifetime/mass of the most massive neutrino state i.e., $$\tau _{3} / m_{3}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:msub> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>m</mml:mi> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> or $$\tau _{2} / m_{2}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msub> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>m</mml:mi> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> , respectively, for the normal or the inverted mass orderings. We obtain the constraints on the lifetime $$\tau _{2} / m_{2} \ge 1.4 \times 10^{-9}~{\mathrm{s/eV}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msub> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>m</mml:mi> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msub> <mml:mo>≥</mml:mo> <mml:mn>1.4</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>9</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mspace/> <mml:mrow> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:mi>eV</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> in the inverted mass ordering for both KamLAND and JUNO at 90% CL. In the normal ordering in which the bound can be obtained for JUNO only, the constraint is milder than the inverted ordering case, $$\tau _{3} / m_{3} \ge 1.0 \times 10^{-10}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:msub> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>m</mml:mi> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:msub> <mml:mo>≥</mml:mo> <mml:mn>1.0</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>10</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> s/eV at 90% CL. We find that the dependence of lightest neutrino mass ( $$=m_{{{\mathrm{lightest}}}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>m</mml:mi> <mml:mi>lightest</mml:mi> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> ), $$m_1 (m_3)$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>m</mml:mi> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>m</mml:mi> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:msub> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> for the normal (inverted) mass ordering, on the constraints for the different types of couplings (scalar or pseudo-scalar) is rather strong, but the $$m_{{{\mathrm{lightest}}}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>m</mml:mi> <mml:mi>lightest</mml:mi> </mml:msub> </mml:math> dependence on the lifetime/mass bound is only modest.