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. 2022 Oct 7;129(15):151801.
doi: 10.1103/PhysRevLett.129.151801.

Search for Unstable Sterile Neutrinos with the IceCube Neutrino Observatory

R Abbasi  1 M Ackermann  2 J Adams  3 J A Aguilar  4 M Ahlers  5 M Ahrens  6 J M Alameddine  7 A A Alves  8 N M Amin  9 K Andeen  10 T Anderson  11 G Anton  12 C Argüelles  13 Y Ashida  14 S Axani  15 X Bai  16 A Balagopal V  14 S W Barwick  17 B Bastian  2 V Basu  14 S Baur  4 R Bay  18 J J Beatty  19   20 K-H Becker  21 J Becker Tjus  22 J Beise  23 C Bellenghi  24 S Benda  14 S BenZvi  25 D Berley  26 E Bernardini  2 D Z Besson  27 G Binder  18   28 D Bindig  21 E Blaufuss  26 S Blot  2 M Boddenberg  29 F Bontempo  8 J Y Book  13 J Borowka  29 S Böser  30 O Botner  23 J Böttcher  29 E Bourbeau  5 F Bradascio  2 J Braun  14 B Brinson  31 S Bron  32 J Brostean-Kaiser  2 R T Burley  33 R S Busse  34 M A Campana  35 E G Carnie-Bronca  33 C Chen  31 Z Chen  36 D Chirkin  14 K Choi  37 B A Clark  38 K Clark  39 L Classen  34 A Coleman  9 G H Collin  15 J M Conrad  15 P Coppin  40 P Correa  40 D F Cowen  41   11 R Cross  25 C Dappen  29 P Dave  31 C De Clercq  40 J J DeLaunay  42 D Delgado López  13 H Dembinski  9 K Deoskar  6 A Desai  14 P Desiati  14 K D de Vries  40 G de Wasseige  43 M de With  44 T DeYoung  38 A Diaz  15 J C Díaz-Vélez  14 M Dittmer  34 H Dujmovic  8 M Dunkman  11 M A DuVernois  14 T Ehrhardt  30 P Eller  24 R Engel  8   45 H Erpenbeck  29 J Evans  26 P A Evenson  9 K L Fan  26 A R Fazely  46 A Fedynitch  47 N Feigl  44 S Fiedlschuster  12 A T Fienberg  11 C Finley  6 L Fischer  2 D Fox  41 A Franckowiak  22   2 E Friedman  26 A Fritz  30 P Fürst  29 T K Gaisser  9 J Gallagher  48 E Ganster  29 A Garcia  13 S Garrappa  2 L Gerhardt  28 A Ghadimi  42 C Glaser  23 T Glauch  24 T Glüsenkamp  12 N Goehlke  45 J G Gonzalez  9 S Goswami  42 D Grant  38 T Grégoire  11 S Griswold  25 C Günther  29 P Gutjahr  7 C Haack  24 A Hallgren  23 R Halliday  38 L Halve  29 F Halzen  14 M Ha Minh  24 K Hanson  14 J Hardin  14 A A Harnisch  38 A Haungs  8 D Hebecker  44 K Helbing  21 F Henningsen  24 E C Hettinger  38 S Hickford  21 J Hignight  49 C Hill  50 G C Hill  33 K D Hoffman  26 K Hoshina  14 W Hou  8 F Huang  11 M Huber  24 T Huber  8 K Hultqvist  6 M Hünnefeld  7 R Hussain  14 K Hymon  7 S In  37 N Iovine  4 A Ishihara  50 M Jansson  6 G S Japaridze  51 M Jeong  37 M Jin  13 B J P Jones  52 D Kang  8 W Kang  37 X Kang  35 A Kappes  34 D Kappesser  30 L Kardum  7 T Karg  2 M Karl  24 A Karle  14 U Katz  12 M Kauer  14 M Kellermann  29 J L Kelley  14 A Kheirandish  11 K Kin  50 T Kintscher  2 J Kiryluk  36 S R Klein  18   28 A Kochocki  38 R Koirala  9 H Kolanoski  44 T Kontrimas  24 L Köpke  30 C Kopper  38 S Kopper  42 D J Koskinen  5 P Koundal  8 M Kovacevich  35 M Kowalski  44   2 T Kozynets  5 E Krupczak  38 E Kun  22 N Kurahashi  35 N Lad  2 C Lagunas Gualda  2 J L Lanfranchi  11 M J Larson  26 F Lauber  21 J P Lazar  13   14 J W Lee  37 K Leonard  14 A Leszczyńska  9 Y Li  11 M Lincetto  22 Q R Liu  14 M Liubarska  49 E Lohfink  30 C J Lozano Mariscal  34 L Lu  14 F Lucarelli  32 A Ludwig  38   53 W Luszczak  14 Y Lyu  18   28 W Y Ma  2 J Madsen  14 K B M Mahn  38 Y Makino  14 S Mancina  14 I C Mariş  4 I Martinez-Soler  13 R Maruyama  54 S McCarthy  14 T McElroy  49 F McNally  55 J V Mead  5 K Meagher  14 S Mechbal  2 A Medina  20 M Meier  50 S Meighen-Berger  24 J Micallef  38 D Mockler  4 T Montaruli  32 R W Moore  49 R Morse  14 M Moulai  15 T Mukherjee  8 R Naab  2 R Nagai  50 U Naumann  21 J Necker  2 L V Nguyễn  38 H Niederhausen  38 M U Nisa  38 S C Nowicki  38 A Obertacke Pollmann  21 M Oehler  8 B Oeyen  56 A Olivas  26 E O'Sullivan  23 H Pandya  9 D V Pankova  11 N Park  39 G K Parker  52 E N Paudel  9 L Paul  10 C Pérez de Los Heros  23 L Peters  29 J Peterson  14 S Philippen  29 S Pieper  21 A Pizzuto  14 M Plum  16 Y Popovych  30 A Porcelli  56 M Prado Rodriguez  14 B Pries  38 G T Przybylski  28 C Raab  4 J Rack-Helleis  30 A Raissi  3 M Rameez  5 K Rawlins  57 I C Rea  24 Z Rechav  14 A Rehman  9 P Reichherzer  22 R Reimann  29 G Renzi  4 E Resconi  24 S Reusch  2 W Rhode  7 M Richman  35 B Riedel  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Twagirayezu  38 B Ty  14 M A Unland Elorrieta  34 N Valtonen-Mattila  23 J Vandenbroucke  14 N van Eijndhoven  40 D Vannerom  15 J van Santen  2 J Veitch-Michaelis  14 S Verpoest  56 C Walck  6 W Wang  14 T B Watson  52 C Weaver  38 P Weigel  15 A Weindl  8 M J Weiss  11 J Weldert  30 C Wendt  14 J Werthebach  7 M Weyrauch  8 N Whitehorn  38   53 C H Wiebusch  29 N Willey  38 D R Williams  42 M Wolf  14 G Wrede  12 J Wulff  22 X W Xu  46 J P Yanez  49 E Yildizci  14 S Yoshida  50 S Yu  38 T Yuan  14 Z Zhang  36 P Zhelnin  13 IceCube Collaboration
Affiliations
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Search for Unstable Sterile Neutrinos with the IceCube Neutrino Observatory

R Abbasi et al. Phys Rev Lett. .
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Abstract

We present a search for an unstable sterile neutrino by looking for a resonant signal in eight years of atmospheric ν_{μ} data collected from 2011 to 2019 at the IceCube Neutrino Observatory. Both the (stable) three-neutrino and the 3+1 sterile neutrino models are disfavored relative to the unstable sterile neutrino model, though with p values of 2.8% and 0.81%, respectively, we do not observe evidence for 3+1 neutrinos with neutrino decay. The best-fit parameters for the sterile neutrino with decay model from this study are Δm_{41}^{2}=6.7_{-2.5}^{+3.9} eV^{2}, sin^{2}2θ_{24}=0.33_{-0.17}^{+0.20}, and g^{2}=2.5π±1.5π, where g is the decay-mediating coupling. The preferred regions of the 3+1+decay model from short-baseline oscillation searches are excluded at 90% C.L.

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