Tritium Beta Spectrum and Neutrino Mass Limit from Cyclotron Radiation Emission Spectroscopy - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Phys.Rev.Lett. Année : 2023

Tritium Beta Spectrum and Neutrino Mass Limit from Cyclotron Radiation Emission Spectroscopy

A. Ashtari Esfahani
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A.S. Böser
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N. Buzinsky
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B.M.C. Carmona-Benitez
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C. Claessens
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L. de Viveiros
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P.J. Doe
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M. Fertl
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J.A. Formaggio
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J.K. Gaison
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L. Gladstone
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M. Grando
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J. Hartse
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K.M. Heeger
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X. Huyan
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C.J. Johnston
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A.M. Jones
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D.K. Kazkaz
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B.H. Laroque
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M. Li
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A. Lindman
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E. Machado
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A. Marsteller
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C. Matthé
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R. Mohiuddin
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B. Monreal
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R. Mueller
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J.A. Nikkel
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E. Novitski
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N.S. Oblath
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J.I. Peña
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W. Pettus
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F.R. Reimann
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R.G.H. Robertson
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D. Rosa de Jesús
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J.R. Tedeschi
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A.B. Telles
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H.L.A. Thorne
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T. Thümmler
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L. Tvrznikova
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I.W. van de Pontseele
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B.A. Vandevender
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A. Young
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J.E. Zayas
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A. Ziegler
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Résumé

The absolute scale of the neutrino mass plays a critical role in physics at every scale, from the particle to cosmological. Measurements of the tritium endpoint spectrum have provided the most precise direct limit on the neutrino mass scale. In this Letter, we present advances by Project 8 to the Cyclotron Radiation Emission Spectroscopy (CRES) technique culminating in the first frequency-based neutrino mass limit. With only a cm$^3$-scale physical detection volume, a limit of $m_\beta$<180 eV is extracted from the background-free measurement of the continuous tritium beta spectrum. Using $^{83{\rm m}}$Kr calibration data, an improved resolution of 1.66$\pm$0.16 eV (FWHM) is measured, the detector response model is validated, and the efficiency is characterized over the multi-keV tritium analysis window. These measurements establish the potential of CRES for a high-sensitivity next-generation direct neutrino mass experiment featuring low background and high resolution.

Dates et versions

hal-03919937 , version 1 (03-01-2023)

Identifiants

Citer

A. Ashtari Esfahani, A.S. Böser, N. Buzinsky, B.M.C. Carmona-Benitez, C. Claessens, et al.. Tritium Beta Spectrum and Neutrino Mass Limit from Cyclotron Radiation Emission Spectroscopy. Phys.Rev.Lett., 2023, 131 (10), pp.102502. ⟨10.1103/PhysRevLett.131.102502⟩. ⟨hal-03919937⟩
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