Improved Upper Limit on the Neutrino Mass from a Direct Kinematic Method by KATRIN

M. Aker , K. Altenmüller (1) , M. Arenz , M. Babutzka , J. Barrett , S. Bauer , M. Beck , A. Beglarian , J. Behrens , T. Bergmann , U. Besserer , K. Blaum , F. Block , S. Bobien , K. Bokeloh , J. Bonn , B. Bornschein , L. Bornschein , H. Bouquet , T. Brunst , T.S. Caldwell , L. La Cascio , S. Chilingaryan , W. Choi , T.J. Corona , K. Debowski , M. Deffert , M. Descher , P.J. Doe , O. Dragoun , G. Drexlin , J.A. Dunmore , S. Dyba , F. Edzards , L. Eisenblätter , K. Eitel , E. Ellinger , R. Engel , S. Enomoto , M. Erhard , D. Eversheim , M. Fedkevych , A. Felden , S. Fischer , B. Flatt , J.A. Formaggio , F.M. Fränkle , G.B. Franklin , H. Frankrone , F. Friedel , D. Fuchs , A. Fulst , D. Furse , K. Gauda , H. Gemmeke , W. Gil , F. Glück , S. Görhardt , S. Groh , S. Grohmann , R. Grössle , R. Gumbsheimer , M. Ha Minh , M. Hackenjos , V. Hannen , F. Harms , J. Hartmann , N. Haussmann , F. Heizmann , K. Helbing , S. Hickford , D. Hilk , B. Hillen , D. Hillesheimer , D. Hinz , T. Höhn , B. Holzapfel , S. Holzmann , T. Houdy , M.A. Howe , A. Huber , A. Jansen , A. Kaboth , C. Karl , O. Kazachenko , J. Kellerer , N. Kernert , L. Kippenbrock , M. Kleesiek , M. Klein , C. Köhler , L. Köllenberger , A. Kopmann , M. Korzeczek , A. Kosmider , A. Kovalík , B. Krasch , M. Kraus , H. Krause , L. Kuckert , B. Kuffner , N. Kunka , T. Lasserre (2, 1) , T.L. Le , O. Lebeda , M. Leber , B. Lehnert , J. Letnev , F. Leven , S. Lichter , V.M. Lobashev , A. Lokhov , M. Machatschek , E. Malcherek , K. Müller , M. Mark , A. Marsteller , E.L. Martin , C. Melzer , A. Menshikov , S. Mertens , L.I. Minter , S. Mirz , B. Monreal , P.I. Morales Guzmán , U. Naumann , W. Ndeke , H. Neumann , S. Niemes , M. Noe , N.S. Oblath , H.-W. Ortjohann , A. Osipowicz , B. Ostrick , E. Otten , D.S. Parno , D.G. Phillips , P. Plischke , A. Pollithy , A.W.P. Poon , J. Pouryamout , M. Prall , F. Priester , M. Röllig , C. Röttele , P.C.-O. Ranitzsch , O. Rest , R. Rinderspacher , R.G.H. Robertson , C. Rodenbeck , P. Rohr , Ch. Roll , S. Rupp , M. Ryšavý , R. Sack , A. Saenz , P. Schäfer , L. Schimpf , K. Schlösser , M. Schlösser , L. Schlüter , H. Schön , K. Schönung , M. Schrank , B. Schulz , J. Schwarz , H. Seitz-Moskaliuk , W. Seller , V. Sibille , D. Siegmann , A. Skasyrskaya , M. Slezák , A. Špalek , F. Spanier , M. Steidl , N. Steinbrink , M. Sturm , M. Suesser , M. Sun , D. Tcherniakhovski , H.H. Telle , T. Thümmler , L.A. Thorne , N. Titov , I. Tkachev , N. Trost , K. Urban , D. Vénos , K. Valerius , B.A. Vandevender , R. Vianden , A.P. Vizcaya Hernández , B.L. Wall , S. Wüstling , M. Weber , C. Weinheimer , C. Weiss , S. Welte , J. Wendel , K.J. Wierman , J.F. Wilkerson , J. Wolf , W. Xu , Y.-R. Yen , M. Zacher , S. Zadorozhny , M. Zbořil , G. Zeller

1 IRFU - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
2 APC (UMR_7164) - AstroParticule et Cosmologie

We report on the neutrino mass measurement result from the first four-week science run of the Karlsruhe Tritium Neutrino experiment KATRIN in spring 2019. Beta-decay electrons from a high-purity gaseous molecular tritium source are energy analyzed by a high-resolution MAC-E filter. A fit of the integrated electron spectrum over a narrow interval around the kinematic end point at 18.57 keV gives an effective neutrino mass square value of (-1.0-1.1+0.9)  eV2. From this, we derive an upper limit of 1.1 eV (90% confidence level) on the absolute mass scale of neutrinos. This value coincides with the KATRIN sensitivity. It improves upon previous mass limits from kinematic measurements by almost a factor of 2 and provides model-independent input to cosmological studies of structure formation.

Mots clés: Elementary Particles and Fields; neutrino: mass: measured; mass: scale; electron: energy spectrum; kinematics; KATRIN; tritium; semileptonic decay; sensitivity; formation; structure; experimental results; S066M2E; S066MAE

Domaines: Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]; Astrophysique [astro-ph]; Physique Nucléaire Expérimentale [nucl-ex]; Instrumentations et Détecteurs [physics.ins-det]

M. Aker, K. Altenmüller, M. Arenz, M. Babutzka, J. Barrett, et al.. Improved Upper Limit on the Neutrino Mass from a Direct Kinematic Method by KATRIN. Physical Review Letters, 2019, 123 (22), pp.221802. ⟨10.1103/PhysRevLett.123.221802⟩. ⟨hal-02327790⟩