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. 2022 Jul 1;129(1):011806.
doi: 10.1103/PhysRevLett.129.011806.

New Constraint on the Local Relic Neutrino Background Overdensity with the First KATRIN Data Runs

M Aker  1 , D Batzler  1 , A Beglarian  2 , J Behrens  3 , A Berlev  4 , U Besserer  1 , B Bieringer  5 , F Block  6 , S Bobien  7 , B Bornschein  1 , L Bornschein  3 , M Böttcher  5 , T Brunst  8   9 , T S Caldwell  10   11 , R M D Carney  12 , S Chilingaryan  2 , W Choi  6 , K Debowski  13 , M Descher  6 , D Díaz Barrero  14 , P J Doe  15 , O Dragoun  16 , G Drexlin  6 , F Edzards  8   9 , K Eitel  3 , E Ellinger  13 , R Engel  3 , S Enomoto  15 , A Felden  3 , J A Formaggio  17 , F M Fränkle  3 , G B Franklin  18 , F Friedel  3 , A Fulst  5 , K Gauda  5 , A S Gavin  10   11 , W Gil  3 , F Glück  3 , R Grössle  1 , R Gumbsheimer  3 , V Hannen  5 , N Haußmann  13 , K Helbing  13 , S Hickford  3 , R Hiller  3 , D Hillesheimer  1 , D Hinz  3 , T Höhn  3 , T Houdy  8   9 , A Huber  3 , A Jansen  3 , C Karl  8   9 , F Kellerer  9 , J Kellerer  6 , M Kleifges  2 , M Klein  3 , C Köhler  8   9 , L Köllenberger  3 , A Kopmann  2 , M Korzeczek  6 , A Kovalík  16 , B Krasch  1 , H Krause  3 , L La Cascio  6 , T Lasserre  19 , T L Le  1 , O Lebeda  16 , B Lehnert  12 , A Lokhov  4   5 , M Machatschek  3 , E Malcherek  3 , M Mark  3 , A Marsteller  1 , E L Martin  10   11 , C Melzer  1 , S Mertens  8   9 , J Mostafa  2 , K Müller  3 , H Neumann  7 , S Niemes  1 , P Oelpmann  5 , D S Parno  18 , A W P Poon  12 , J M L Poyato  14 , F Priester  1 , J Ráliš  16 , S Ramachandran  13 , R G H Robertson  15 , W Rodejohann  20 , C Rodenbeck  5 , M Röllig  1 , C Röttele  1 , M Ryšavý  16 , R Sack  3   5 , A Saenz  21 , R Salomon  5 , P Schäfer  1 , L Schimpf  5   6 , M Schlösser  1 , K Schlösser  3 , L Schlüter  8   9 , S Schneidewind  5 , M Schrank  3 , A Schwemmer  8   9 , M Šefčík  16 , V Sibille  17 , D Siegmann  8   9 , M Slezák  8   9 , F Spanier  22 , M Steidl  3 , M Sturm  1 , H H Telle  14 , L A Thorne  23 , T Thümmler  3 , N Titov  4 , I Tkachev  4 , K Urban  8   9 , K Valerius  3 , D Vénos  16 , A P Vizcaya Hernández  18 , C Weinheimer  5 , S Welte  1 , J Wendel  1 , C Wiesinger  8   9 , J F Wilkerson  10   11 , J Wolf  6 , S Wüstling  2 , J Wydra  1 , W Xu  17 , S Zadoroghny  4 , G Zeller  1 ; KATRIN Collaboration
Affiliations
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New Constraint on the Local Relic Neutrino Background Overdensity with the First KATRIN Data Runs

M Aker et al. Phys Rev Lett. .
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Abstract

We report on the direct search for cosmic relic neutrinos using data acquired during the first two science campaigns of the KATRIN experiment in 2019. Beta-decay electrons from a high-purity molecular tritium gas source are analyzed by a high-resolution MAC-E filter around the end point at 18.57 keV. The analysis is sensitive to a local relic neutrino overdensity ratio of η<9.7×10^{10}/α (1.1×10^{11}/α) at a 90% (95%) confidence level with α=1 (0.5) for Majorana (Dirac) neutrinos. A fit of the integrated electron spectrum over a narrow interval around the end point accounting for relic neutrino captures in the tritium source reveals no significant overdensity. This work improves the results obtained by the previous neutrino mass experiments at Los Alamos and Troitsk. We furthermore update the projected final sensitivity of the KATRIN experiment to η<1×10^{10}/α at 90% confidence level, by relying on updated operational conditions.

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