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Pré-Publication, Document De Travail Année : 2024

JUNO Sensitivity to Invisible Decay Modes of Neutrons

Angel Abusleme , Thomas Adam (1) , Kai Adamowicz , Shakeel Ahmad , Rizwan Ahmed , Sebastiano Aiello , Fengpeng An , Qi An , Giuseppe Andronico , Nikolay Anfimov , Vito Antonelli , Tatiana Antoshkina , João Pedro Athayde Marcondes de André (1) , Didier Auguste (2) , Weidong Bai , Nikita Balashov , Wander Baldini , Andrea Barresi , Davide Basilico , Eric Baussan (1) , Marco Bellato , Marco Beretta , Antonio Bergnoli , Daniel Bick , Lukas Bieger , Svetlana Biktemerova , Thilo Birkenfeld , Iwan Blake , Simon Blyth , Anastasia Bolshakova , Mathieu Bongrand (3) , Dominique Breton (2) , Augusto Brigatti , Riccardo Brugnera , Riccardo Bruno , Antonio Budano , Jose Busto (4) , Anatael Cabrera (2) , Barbara Caccianiga , Hao Cai , Xiao Cai , Yanke Cai , Zhiyan Cai , Stéphane Callier (5) , Steven Calvez (3) , Antonio Cammi , Agustin Campeny , Chuanya Cao , Guofu Cao , Jun Cao , Rossella Caruso , Cédric Cerna (5) , Vanessa Cerrone , Jinfan Chang , Yun Chang , Auttakit Chatrabhuti , Chao Chen , Guoming Chen , Pingping Chen , Shaomin Chen , Xin Chen , Yiming Chen , Yixue Chen , Yu Chen , Zelin Chen , Zhangming Chen , Zhiyuan Chen , Zikang Chen , Jie Cheng , Yaping Cheng , Yu Chin Cheng , Alexander Chepurnov , Alexey Chetverikov , Davide Chiesa , Pietro Chimenti , Yen-Ting Chin , Po-Lin Chou , Ziliang Chu , Artem Chukanov , Gérard Claverie (5) , Catia Clementi , Barbara Clerbaux , Marta Colomer Molla , Selma Conforti Di Lorenzo (5) , Alberto Coppi , Daniele Corti , Simon Csakli , Chenyang Cui , Flavio Dal Corso , Olivia Dalager , Jaydeep Datta , Christophe de la Taille (5) , Zhi Deng , Ziyan Deng , Xiaoyu Ding , Xuefeng Ding , Yayun Ding , Bayu Dirgantara , Carsten Dittrich , Sergey Dmitrievsky , Tadeas Dohnal , Dmitry Dolzhikov , Georgy Donchenko , Jianmeng Dong , Evgeny Doroshkevich , Wei Dou , Marcos Dracos (1) , Frédéric Druillole (5) , Ran Du , Shuxian Du , Yujie Duan , Katherine Dugas , Stefano Dusini , Hongyue Duyang , Jessica Eck , Timo Enqvist , Andrea Fabbri , Ulrike 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Huo , Cédric Huss (5) , Safeer Hussain , Leonard Imbert (3) , Ara Ioannisian , Roberto Isocrate , Arshak Jafar , Beatrice Jelmini , Ignacio Jeria , Xiaolu Ji , Huihui Jia , Junji Jia , Siyu Jian (6) , Cailian Jiang , Di Jiang , Guangzheng Jiang , Wei Jiang , Xiaoshan Jiang , Xiaozhao Jiang , Yixuan Jiang , Xiaoping Jing , Cécile Jollet (5) , Li Kang , Rebin Karaparabil (1) , Narine Kazarian , Ali Khan , Amina Khatun , Khanchai Khosonthongkee , Denis Korablev , Konstantin Kouzakov , Alexey Krasnoperov , Sergey Kuleshov , Sindhujha Kumaran , Nikolay Kutovskiy , Loic Labit (5) , Tobias Lachenmaier , Haojing Lai , Cecilia Landini , Sébastien Leblanc (5) , Frederic Lefevre (3) , Ruiting Lei , Rupert Leitner , Jason Leung , Demin Li , Fei Li , Fule Li , Gaosong Li , Hongjian Li , Huang Li , Jiajun Li , Min Li , Nan Li , Qingjiang Li , Ruhui Li , Rui Li , Shanfeng Li , Shuo Li , Tao Li , Teng Li , Weidong Li , Weiguo Li , Xiaomei Li (6) , Xiaonan Li , Xinglong Li (6) , Yi Li , Yichen Li , 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, Jingyu Mai , Marco Malabarba , Yury Malyshkin , Roberto Carlos Mandujano , Fabio Mantovani , Xin Mao , Yajun Mao , Stefano M Mari , Filippo Marini , Agnese Martini , Matthias Mayer , Davit Mayilyan , Ints Mednieks , Yue Meng , Anita Meraviglia , Anselmo Meregaglia (5) , Emanuela Meroni , Lino Miramonti , Nikhil Mohan , Michele Montuschi , Cristobal Morales Reveco , Massimiliano Nastasi , Dmitry V Naumov , Elena Naumova , Diana Navas-Nicolas (2) , Igor Nemchenok , Minh Thuan Nguyen Thi , Alexey Nikolaev , Feipeng Ning , Zhe Ning , Hiroshi Nunokawa , Lothar Oberauer , Juan Pedro Ochoa-Ricoux , Alexander Olshevskiy , Domizia Orestano , Fausto Ortica , Rainer Othegraven , Alessandro Paoloni , George Parker , Sergio Parmeggiano , Achilleas Patsias , Yatian Pei , Luca Pelicci , Anguo Peng , Haiping Peng , Yu Peng , Zhaoyuan Peng , Elisa Percalli , Willy Perrin (1) , Frédéric Perrot (5) , Pierre-Alexandre Petitjean , Fabrizio Petrucci , Oliver Pilarczyk , Luis Felipe Piñeres Rico (1) , Artyom Popov , Pascal Poussot (1) , Ezio Previtali , Fazhi Qi , Ming Qi , Xiaohui Qi , Sen Qian , Xiaohui Qian , Zhen Qian , Hao Qiao , Zhonghua Qin , Shoukang Qiu , Manhao Qu , Zhenning Qu , Gioacchino Ranucci , Alessandra Re , Abdel Rebii (5) , Mariia Redchuk , Gioele Reina , Bin Ren , Jie Ren (6) , Yuhan Ren , Barbara Ricci , Komkrit Rientong , Mariam Rifai , Mathieu Roche (5) , Narongkiat Rodphai , Aldo Romani , Bedrich Roskovec , Xichao Ruan (6) , Arseniy Rybnikov , Andrey Sadovsky , Paolo Saggese , Deshan Sandanayake (1) , Anut Sangka , Giuseppe Sava , Utane Sawangwit , Michaela Schever , Cédric Schwab (1) , Konstantin Schweizer , Alexandr Selyunin , Andrea Serafini , Mariangela Settimo (3) , Junyu Shao , Vladislav Sharov , Hexi Shi , Jingyan Shi , Yanan Shi , Vitaly Shutov , Andrey Sidorenkov , Fedor Simkovic , Apeksha Singhal , Chiara Sirignano , Jaruchit Siripak , Monica Sisti , Mikhail Smirnov , Oleg Smirnov , Sergey Sokolov , Julanan Songwadhana , Boonrucksar Soonthornthum , 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Ruiguang Wang , Sibo Wang , Siguang Wang , Wei Wang , Wenshuai Wang , Xi Wang , Xiangyue Wang , Yangfu Wang , Yaoguang Wang , Yi Wang , Yi Wang , Yifang Wang , Yuanqing Wang , Yuyi Wang , Zhe Wang , Zheng Wang , Zhimin Wang , Apimook Watcharangkool , Wei Wei , Wei Wei , Wenlu Wei , Yadong Wei , Yuehuan Wei , Liangjian Wen , Jun Weng , Christopher Wiebusch , Rosmarie Wirth , Chengxin Wu , Diru Wu , Qun Wu , Yinhui Wu , Yiyang Wu , Zhi Wu , Michael Wurm , Jacques Wurtz (1) , Christian Wysotzki , Yufei Xi , Dongmei Xia , Shishen Xian , Ziqian Xiang , Fei Xiao , Xiang Xiao , Xiaochuan Xie , Yijun Xie , Yuguang Xie , Zhao Xin , Zhizhong Xing , Benda Xu , Cheng Xu , Donglian Xu , Fanrong Xu , Hangkun Xu , Jiayang Xu , Jilei Xu , Jing Xu , Jinghuan Xu , Meihang Xu , Xunjie Xu , Yin Xu , Yu Xu , Baojun Yan , Qiyu Yan , Taylor Yan , Xiongbo Yan , Yupeng Yan , Changgen Yang , Chengfeng Yang , Fengfan Yang , Jie Yang , Lei Yang , Pengfei Yang , Xiaoyu Yang , Yifan Yang , Yixiang Yang , Zekun Yang , Haifeng Yao , Jiaxuan Ye , Mei Ye , Ziping Ye , Frédéric Yermia (3) , Zhengyun You , Boxiang Yu , Chiye Yu , Chunxu Yu , Guojun Yu , Hongzhao Yu , Miao Yu , Xianghui Yu , Zeyuan Yu , Zezhong Yu , Cenxi Yuan , Chengzhuo Yuan , Ying Yuan , Zhenxiong Yuan , Baobiao Yue , Noman Zafar , Kirill Zamogilnyi , Vitalii Zavadskyi , Fanrui Zeng , Shan Zeng , Tingxuan Zeng , Yuda Zeng , Liang Zhan , Aiqiang Zhang , Bin Zhang , Binting Zhang , Feiyang Zhang , Hangchang Zhang , Haosen Zhang , Honghao Zhang , Jialiang Zhang , Jiawen Zhang , Jie Zhang , Jingbo Zhang , Jinnan Zhang , Junwei Zhang , Lei Zhang , Peng Zhang , Ping Zhang , Qingmin Zhang , Shiqi Zhang , Shu Zhang , Shuihan Zhang , Siyuan Zhang , Tao Zhang , Xiaomei Zhang , Xin Zhang , Xuantong Zhang , Yibing Zhang , Yinhong Zhang , Yiyu Zhang , Yongpeng Zhang , Yu Zhang , Yuanyuan Zhang , Yumei Zhang , Zhenyu Zhang , Zhijian Zhang , Jie Zhao , Rong Zhao , Runze Zhao , Shujun Zhao , Tianhao Zhao , Hua Zheng , Yangheng Zheng , Jing Zhou (6) , Li Zhou , Nan Zhou , Shun Zhou , Tong Zhou , Xiang Zhou , Xing Zhou , Jingsen Zhu , Kangfu Zhu , Kejun Zhu , Zhihang Zhu , Bo Zhuang , Honglin Zhuang , Liang Zong , Jiaheng Zou
Angel Abusleme
  • Fonction : Auteur
Kai Adamowicz
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Shakeel Ahmad
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Rizwan Ahmed
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Sebastiano Aiello
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Fengpeng An
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Giuseppe Andronico
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Nikolay Anfimov
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Tatiana Antoshkina
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Nikita Balashov
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Wander Baldini
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Narine Kazarian
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Amina Khatun
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Khanchai Khosonthongkee
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Denis Korablev
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Konstantin Kouzakov
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Alexey Krasnoperov
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Sindhujha Kumaran
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Nikolay Kutovskiy
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Tobias Lachenmaier
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Cecilia Landini
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Ruiting Lei
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Jiajun Liao
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Yilin Liao
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Yuzhong Liao
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Ayut Limphirat
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Guey-Lin Lin
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Shengxin Lin
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Jiajie Ling
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Xin Ling
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Ivano Lippi
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Caimei Liu
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Haidong Liu
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Yankai Liu
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Lorenzo Loi
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Chuan Lu
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Jingbin Lu
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Junguang Lu
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Meishu Lu
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Peizhi Lu
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Xianguo Lu
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Bayarto Lubsandorzhiev
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Sultim Lubsandorzhiev
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Livia Ludhova
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Arslan Lukanov
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Fengjiao Luo
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Guang Luo
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Jianyi Luo
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Shu Luo
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Wuming Luo
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Xiaojie Luo
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Vladimir Lyashuk
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Bangzheng Ma
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Bing Ma
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Qiumei Ma
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Si Ma
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Xiaoyan Ma
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Xubo Ma
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Jingyu Mai
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Marco Malabarba
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Yury Malyshkin
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Roberto Carlos Mandujano
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Fabio Mantovani
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Xin Mao
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Yajun Mao
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Stefano M Mari
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Filippo Marini
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Agnese Martini
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Matthias Mayer
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Davit Mayilyan
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Ints Mednieks
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Yue Meng
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Anita Meraviglia
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Emanuela Meroni
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Lino Miramonti
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Nikhil Mohan
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Michele Montuschi
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Cristobal Morales Reveco
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Massimiliano Nastasi
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Dmitry V Naumov
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Minh Thuan Nguyen Thi
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Alexey Nikolaev
  • Fonction : Auteur
Feipeng Ning
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Zhe Ning
  • Fonction : Auteur
Hiroshi Nunokawa
  • Fonction : Auteur
Lothar Oberauer
  • Fonction : Auteur
Juan Pedro Ochoa-Ricoux
  • Fonction : Auteur
Alexander Olshevskiy
  • Fonction : Auteur
Domizia Orestano
  • Fonction : Auteur
Fausto Ortica
  • Fonction : Auteur
Rainer Othegraven
  • Fonction : Auteur
Alessandro Paoloni
  • Fonction : Auteur
George Parker
  • Fonction : Auteur
Sergio Parmeggiano
  • Fonction : Auteur
Achilleas Patsias
  • Fonction : Auteur
Yatian Pei
  • Fonction : Auteur
Luca Pelicci
  • Fonction : Auteur
Anguo Peng
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Haiping Peng
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Yu Peng
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Zhaoyuan Peng
  • Fonction : Auteur
Elisa Percalli
  • Fonction : Auteur
Pierre-Alexandre Petitjean
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Fabrizio Petrucci
  • Fonction : Auteur
Oliver Pilarczyk
  • Fonction : Auteur
Artyom Popov
  • Fonction : Auteur
Ezio Previtali
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Fazhi Qi
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Ming Qi
  • Fonction : Auteur
Xiaohui Qi
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Sen Qian
  • Fonction : Auteur
Xiaohui Qian
  • Fonction : Auteur
Zhen Qian
  • Fonction : Auteur
Hao Qiao
  • Fonction : Auteur
Zhonghua Qin
  • Fonction : Auteur
Shoukang Qiu
  • Fonction : Auteur
Manhao Qu
  • Fonction : Auteur
Zhenning Qu
  • Fonction : Auteur
Gioacchino Ranucci
  • Fonction : Auteur
Alessandra Re
  • Fonction : Auteur
Mariia Redchuk
  • Fonction : Auteur
Gioele Reina
  • Fonction : Auteur
Bin Ren
  • Fonction : Auteur
Yuhan Ren
  • Fonction : Auteur
Barbara Ricci
  • Fonction : Auteur
Komkrit Rientong
  • Fonction : Auteur
Mariam Rifai
  • Fonction : Auteur
Narongkiat Rodphai
  • Fonction : Auteur
Aldo Romani
  • Fonction : Auteur
Bedrich Roskovec
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Arseniy Rybnikov
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Andrey Sadovsky
  • Fonction : Auteur
Paolo Saggese
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Anut Sangka
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Giuseppe Sava
  • Fonction : Auteur
Utane Sawangwit
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Michaela Schever
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Konstantin Schweizer
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Alexandr Selyunin
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Andrea Serafini
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Junyu Shao
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Vladislav Sharov
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Hexi Shi
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Jingyan Shi
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Yanan Shi
  • Fonction : Auteur
Vitaly Shutov
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Andrey Sidorenkov
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Fedor Simkovic
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Apeksha Singhal
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Chiara Sirignano
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Jaruchit Siripak
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Monica Sisti
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Mikhail Smirnov
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Oleg Smirnov
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Sergey Sokolov
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Julanan Songwadhana
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Boonrucksar Soonthornthum
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Albert Sotnikov
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Warintorn Sreethawong
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Achim Stahl
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Konstantin Stankevich
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Hans Steiger
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Jochen Steinmann
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Tobias Sterr
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Matthias Raphael Stock
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Virginia Strati
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Michail Strizh
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Aoqi Su
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Jun Su
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Jun Su
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Guangbao Sun
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Shifeng Sun
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Xilei Sun
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Yongjie Sun
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Yongzhao Sun
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Zhengyang Sun
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Narumon Suwonjandee
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Xiaohan Tan
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Jian Tang
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Résumé

We explore the bound neutrons decay into invisible particles (e.g., $n\rightarrow 3 \nu$ or $nn \rightarrow 2 \nu$) in the JUNO liquid scintillator detector. The invisible decay includes two decay modes: $ n \rightarrow { inv} $ and $ nn \rightarrow { inv} $. The invisible decays of $s$-shell neutrons in $^{12}{\rm C}$ will leave a highly excited residual nucleus. Subsequently, some de-excitation modes of the excited residual nuclei can produce a time- and space-correlated triple coincidence signal in the JUNO detector. Based on a full Monte Carlo simulation informed with the latest available data, we estimate all backgrounds, including inverse beta decay events of the reactor antineutrino $\bar{\nu}_e$, natural radioactivity, cosmogenic isotopes and neutral current interactions of atmospheric neutrinos. Pulse shape discrimination and multivariate analysis techniques are employed to further suppress backgrounds. With two years of exposure, JUNO is expected to give an order of magnitude improvement compared to the current best limits. After 10 years of data taking, the JUNO expected sensitivities at a 90% confidence level are $\tau/B( n \rightarrow { inv} ) > 5.0 \times 10^{31} \, {\rm yr}$ and $\tau/B( nn \rightarrow { inv} ) > 1.4 \times 10^{32} \, {\rm yr}$.

Dates et versions

hal-04609916 , version 1 (12-06-2024)

Identifiants

Citer

Angel Abusleme, Thomas Adam, Kai Adamowicz, Shakeel Ahmad, Rizwan Ahmed, et al.. JUNO Sensitivity to Invisible Decay Modes of Neutrons. 2024. ⟨hal-04609916⟩
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