Abstract
Neutrino oscillation is an experimentally established phenomenon by which neutrinos undergo flavor transformations periodically as they propagate large enough distances. Oscillation experiments provide information about the mass-squared differences and the leptonic mixing angles, but they are insensitive to the absolute mass scale for the neutrinos. As neutrino oscillations give no information about the absolute value of the neutrino mass squared eigenvalues, hence, there are various possibilities of neutrino hierarchy spectrums consistent with solar and atmospheric neutrino oscillation data. In this paper, we have attempted to present a picture of neutrino mass spectrum in the case of normal, inverted and almost degenerate hierarchy of neutrino masses by taking some specific choice of effective mass of electron neutrino related to 0\(\nu\beta\beta\) decay. We find neutrino mass eigenvalues \(m_{i}\) in different neutrino mass spectrum and also calculate percentage change in mass eigenvalues by taking uncertainties in the best fit neutrino oscillation parameters. The normal and inverted mass ordering of neutrino masses in context of future double–beta–decay experiments is discussed at the end.
Similar content being viewed by others
REFERENCES
R. Davis, Jr., D. S. Harmer, and K. C. Hoffman, Phys. Rev. Lett. 20, 1205 (1968).
Q. R. Ahmad, R. C. Allen, T. C. Andersen, J. D. Anglin, J. C. Barton, E. W. Beier, M. Bercovitch, J. Bigu, S. D. Biller, R. A. Black, I. Blevis, R. J. Boardman, J. Boger, E. Bonvin, M. G. Boulay, M. G. Bowler, et al. (SNO Collab.), Phys. Rev. Lett. 89, 011301 (2002).
J. Hosaka, K. Ishihara, J. Kameda, Y. Koshio, A. Minamino, C. Mitsuda, M. Miura, S. Moriyama, M. Nakahata, T. Namba, Y. Obayashi, N. Sakurai, A. Sarrat, M. Shiozawa, Y. Suzuki, Y. Takeuchi, et al. (Super-Kamiokande Collab.), Phys. Rev. D 73, 112001 (2006).
K. Abe, Y. Hayato, T. Iida, M. Ikeda, C. Ishihara, K. Iyogi, J. Kameda, K. Kobayashi, Y. Koshio, Y. Kozuma, M. Miura, S. Moriyama, M. Nakahata, S. Nakayama, Y. Obayashi, H. Ogawa, et al. (Super-Kamiokande Collab.), Phys. Rev. D 83, 052010 (2011).
B. Aharmim, S. N. Ahmed, A. E. Anthony, N. Barros, E. W. Beier, A. Bellerive, B. Beltran, M. Bergevin, S. D. Biller, K. Boudjemline, M. G. Boulay, B. Cai, Y. D. Chan, D. Chauhan, M. Chen, B. T. Cleveland, et al. (SNO Collab.), Phys. Rev. C 88, 025501 (2013).
Y. Fukuda, T. Hayakawa, E. Ichihara, K. Inoue, K. Ishihara, H. Ishino, Y. Itow, T. Kajita, J. Kameda, S. Kasuga, K. Kobayashi, Y. Kobayashi, Y. Koshio, M. Miura, M. Nakahata, S. Nakayama, et al. (Super-Kamiokande Collab.), Phys. Rev. Lett. 81, 1562 (1998).
A. Surdo (Macro Collab.), Nucl. Phys. B Proc. Suppl. 110, 342 (2002).
Y. Ashie, J. Hosaka, K. Ishihara, Y. Itow, J. Kameda, Y. Koshio, A. Minamino, C. Mitsuda, M. Miura, S. Moriyama, M. Nakahata, T. Namba, R. Nambu, Y. Obayashi, M. Shiozawa, Y. Suzuki, et al. (Super-Kamiokande Collab.), Phys. Rev. D 71, 112005 (2005).
T. Kajita, Proc. Jpn. Acad. B 86, 303 (2010).
F. P. An, J. Z. Bai, A. B. Balantekin, H. R. Band, D. Beavis, W. Beriguete, M. Bishai, S. Blyth, K. Boddy, R. L. Brown, B. Cai, G. F. Cao, J. Cao, R. Carr, W. T. Chan, J. F. Chang, et al., Phys. Rev. Lett. 108, 171803 (2012).
J. K. Ahn, S. Chebotaryov, J. H. Choi, S. Choi, W. Choi, Y. Choi, H. I. Jang, J. S. Jang, E. J. Jeon, I. S. Jeong, K. K. Joo, B. R. Kim, B. C. Kim, H. S. Kim, J. Y. Kim, S. B. Kim, et al. (RENO Collab.), Phys. Rev. Lett. 108, 191802 (2012).
Y. Abe, C. Aberle, J. C. dos Anjos, J. C. Barriere, M. Bergevin, A. Bernstein, T. J. C. Bezerra, L. Bezrukhov, E. Blucher, N. S. Bowden, C. Buck, J. Busenitz, A. Cabrera, E. Caden, L. Camilleri, R. Carr, et al., Phys. Lett. B 723, 66 (2013).
M. H. Ahn, E. Aliu, S. Andringa, S. Aoki, Y. Aoyama, J. Argyriades, K. Asakura, R. Ashie, F. Berghaus, H. G. Berns, H. Bhang, A. Blondel, S. Borghi, J. Bouchez, S. C. Boyd, J. Burguetcastell, et al. (K2K Collab.), Phys. Rev. D 74, 072003 (2006).
D. G. Michael, P. Adamson, T. Alexopoulos, W. W. M. Allison, G. J. Alner, K. Anderson, C. Andreopoulos, M. Andrews, R. Andrews, K. E. Arms, R. Armstrong, C. Arroyo, D. J. Auty, S. Avvakumov, D. S. Ayres, B. Baller, et al. (MINOS Collab.), Phys. Rev. Lett. 97, 191801 (2006).
K. Abe, J. Adam, H. Aihara, T. Akiri, C. Andreopoulos, S. Aoki, A. Ariga, T. Ariga, S. Assylbekov, D. Autiero, M. Barbi, G. J. Barker, G. Barr, M. Bass, M. Batkiewicz, F. Bay, et al. (T2K Collab.), Phys. Rev. Lett. 112, 061802 (2014).
N. Agafonova, A. Alexandrov, A. Anokhina, S. Aoki, A. Ariga, T. Ariga, A. Bertolin, C. Bozza, R. Brugnera, S. Buontempo, M. Chernyavskiy, A. Chukanov, L. Consiglio, N. D’Ambrosio, G. de Lellis, M. De Serio, et al. (OPERA Collab.), Phys. Rev. D 100, 051301(R) (2019).
P. F. de Salas, D. V. Forero, C. A. Ternes, M. Tortola, and J. W. F. Valle, Phys. Lett. B 782, 633 (2018).
I. Esteban, M. C. Gonzalez-Garcia, A. H. Cabezudo, M. Maltoni, and T. Schwetz, J. High Energy Phys. 1901, 106 (2019).
M. A. Acero, P. Adamson, L. Aliaga, T. Alion, V. Allakhverdian, S. Altakarli, N. Anfimov, A. Antoshkin, A. Aurisano, A. Back, C. Backhouse, M. Baird, N. Balashov, P. Baldi, B. A. Bambah, S. Bashar, et al. (NOvA Collab.), Phys. Rev. Lett. 123, 151803 (2019).
K. Abe, R. Akutsu, A. Ali, J. Amey, C. Andreopoulos, L. Anthony, M. Antonova, S. Aoki, A. Ariga, Y. Ashida, Y. Azuma, S. Ban, M. Barbi, G. J. Barker, G. Barr, C. Barry, et al. (T2K Collab.), Phys. Rev. Lett. 121, 171802 (2018).
M. Aker, K. Altenmuller, 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, et al. (KATRIN Collab.), Phys. Rev. Lett. 123, 221802 (2019).
G. Drexlin, V. Hannen, S. Mertens, C. Weinheimer, et al., Adv. High Energy Phys. 2013, 293986 (2013).
P. T. Springer, C. L. Bennett, and P. A. Baisden, Phys. Rev. A 35, 679 (1987).
L. Gastaldo, K. Blaum, K. Chrysalidis, T. Day Goodacre, A. Domula, M. Door, H. Dorrer, Ch. E. Dullmann, K. Eberhardt, S. Eliseev, C. Enss, A. Faessler, P. Filianin, A. Fleischmann, D. Fonnesu, L. Gamer, et al., Eur. Phys. J.: Spec. Top. 226, 1623 (2017).
M. Agostini, A. M. Bakalyarov, M. Balata, I. Barabanov, L. Baudis, C. Bauer, E. Bellotti, S. Belogurov, A. Bettini, L. Bezrukov, J. Biernat, T. Bode, D. Borowicz, V. Brudanin, R. Brugnera, A. Caldwell, et al. (GERDA Collab.), Phys. Rev. Lett. 120, 132503 (2018).
A. Gando, Y. Gando, T. Hachiya, A. Hayashi, S. Hayashida, H. Ikeda, K. Inoue, K. Ishidoshiro, Y. Karino, M. Koga, S. Matsuda, T. Mitsui, K. Nakamura, S. Obara, T. Oura, H. Ozaki, et al. (KamLAND-Zen Collab.), Phys. Rev. Lett. 117, 082503 (2016);
Phys. Rev. Lett. 117, 109903 (2016).
K. Blaum, S. Eliseev, F. A. Danevich, V. I. Tretyak, S. Kovalenko, M. I. Krivoruchenko, Yu. N. Novikov, and J. Suhonen, Rev. Mod. Phys. 92, 045007 (2020).
Y. Koshio, PoS Now 283, 001 (2017).
M. G. Aartsen, M. Ackermann, J. Adams, J. A. Aguilar, M. Ahlers, M. Ahrens, D. Altmann, T. Anderson, C. Arguelles, T. C. Arlen, J. Auffenberg, X. Bai, S. W. Barwick, V. Baum, R. Bay, J. J. Beatty, et al. (Ice Cube Collab.), Phys. Rev. D 91, 072004 (2015).
M. A. Acero, A. A. Aguilar-Arevalo, and D. J. Polo-Toledoar, Adv. High Energy Phys. 2020, 8526034 (2020).
H. de Kerret, T. Abrahao, H. Almazan, J. C. dos Anjos, S. Appel, J. C. Barriere, I. Bekman, T. J. C. Bezerra, L. Bezrukov, E. Blucher, T. Brugiere, C. Buck, J. Busenitz, A. Cabrera, M. Cerrada, E. Chauveau, et al. (Double Chooz Collab.), arXiv: 1901.09445 [hep-ex].
Z. Maki, M. Nakagawa, and S. Sakata, Prog. Theor. Phys. 28, 247 (1962).
B. W. Lee, S. Pakvasa, R. E. Shrock, and H. Sugawara, Phys. Rev. Lett. 38, 937 (1977);
Phys. Rev. Lett. 38, 1230(E) (1977).
C. Patrignani, K. Agashe, G. Aielli, C. Amsler, M. Antonelli, D. M. Asner, H. Baer, Sw. Banerjee, R. M. Barnett, T. Basaglia, C. W. Bauer, J. J. Beatty, V. I. Belousov, J. Beringer, S. Bethke, H. Bichsel, et al. (Particle Data Group), Chin. Phys. C 40, 100001 (2016).
N. Aghanim, Y. Akrami, M. Ashdown, J. Aumont, C. Baccigalupi, M. Ballardini, A. J. Banday, R. B. Barreiro, N. Bartolo, S. Basak, R. Battye, K. Benabed, J. P. Bernard, M. Bersanelli, P. Bielewicz, J. J. Bock, et al. (Plank Collab.), Astron. Astrophys. 641, A6 (2020).
R. Arnold, C. Augier, J. D. Baker, A. S. Barabash, A. Basharina-Freshville, S. Blondel, S. Blot, M. Bongrand, V. Brudanin, J. Bustro, A. J. Caffrey, S. Calvez, C. Cerna, J. P. Cesar, A. Chapon, E. Chauveau, et al. (NEMO-3 Collab.), Phys. Rev. D 92, 072011 (2015).
C. Alduino, F. Alessandria, K. Alfonso, E. Andreotti, C. Arnaboldi, F. T. Avignone III, O. Azzolini, M. Balata, I. Bandac, T. I. Banks, G. Bari, M. Barucci, J. W. Beeman, F. Bellini, G. Benato, A. Bersani, et al. (CUORE Collab.), Phys. Rev. Lett. 120, 132501 (2018).
J. Shirai, in Proceedings of 17th International Workshop on Neutrino Telescopes, Venezia, Italy, 2017, PoS (Neutel2017) 027 (2018).
J. Martin-Albo, J. Munoz Vidal, P. Ferrario, M. Nebot-Guinot, J. J. Gomez-Cadenas, V. Alvarez, C. D. R. Azevedo, F. I. G. Borges, S. Carcel, S. Cebrian, A. Cervera, C. A. N. Conde, J. Diaz, M. Diesburg, R. Esteve, L. M. P. Fernandes, et al., J. High Energy Phys. 1605, 159 (2016).
D. V. Poda, AIP Conf. Proc. 1894, 020017 (2017).
M. I. Krivoruchenko and K. S. Tyrin, Eur. Phys. J. A 56, 16 (2020).
J. T. Suhonen, Front. Phys. 5, 55 (2017).
E. Armengaud, C. Augier, A. S. Barabash, F. Bellini, G. Benato, A. Benoit, M. Beretta, L. Berge, J. Billard, Yu. A. Borovlev, Ch. Bourgeois, V. B. Brudanin, P. Camus, L. Chardani, N. Casali, A. Cazes, et al. (CUPID-Mo Collab.), Phys. Rev. Lett. 126, 181802 (2021).
N. Abgrall, A. Abramov, N. Abrosimov, I. Abt, M. Agostini, M. Agartioglu, A. Ajjaq, S. I. Alvis, F. T. Avignone III, X. Bai, M. Balata, I. Barabanov, A. S. Barabash, P. J. Barton, L. Baudis, L. Bezrukov, et al., AIP Conf. Proc. 1894, 02027 (2017).
F. Edzards, M. Willers, A. Alborini, L. Bombelli, D. Fink, M. P. Green, M. Laubenstein, S. Mertens, G. Othman, D. C. Radford, S. Schönert, and G. Zuzel, arXiv: 2005.10366 [physics.ins-det].
J. B. Albert, G. Anton, I. J. Arnquist, I. Badhrees, P. Barbeau, D. Beck, V. Belov, F. Bourque, J. P. Brodsky, E. Brown, T. Brunner, A. Burenkov, G. F. Cao, L. Cao, W. R. Cen, C. Chambers, et al. (nEXO Collab.), Phys. Rev. C 97, 065503 (2018).
O. Gileva, J. S. Choe, H. J. Kim, Y. D. Kim, M. H. Lee, H. K. Park, and K. A. Shin, J. Instrum. 15, C07032 (2020).
M. A. Loualidi, arXiv: 2104.13734 [hep-ph].
A. S. Barabash, Int. J. Mod. Phys. A 33, 1843001 (2018).
ACKNOWLEDGMENTS
One of the authors, Kaushlendra Chaturvedi, thanks Department of Science & Technology-Science & Engineering Research Board (DST-SERB), India for financial support vide file no. EMR/2016/006748. Further, KC is thankful to R. Chandra for providing useful suggestions.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Pandey, P., Anand, V. & Chaturvedi, K. Oscillating Neutrino Mass States and Double Beta Decay. Phys. Atom. Nuclei 84, 1203–1213 (2021). https://doi.org/10.1134/S106377882113024X
Received:
Revised:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1134/S106377882113024X