Skip to search
Skip to main content
Back to Search
Start Over
Constraints on metastable superheavy dark matter coupled to sterile neutrinos with the Pierre Auger Observatory
Authors :
The Pierre Auger Collaboration Halim, A. Abdul Abreu, P. Aglietta, M. Allekotte, I. Cheminant, K. Almeida Almela, A. Aloisio, R. Alvarez-Muñiz, J. Yebra, J. Ammerman Anastasi, G. A. Anchordoqui, L. Andrada, B. Andringa, S. Apollonio, L. Aramo, C. Ferreira, P. R. Araújo Arnone, E. Velázquez, J. C. Arteaga Assis, P. Avila, G. Avocone, E. Bakalova, A. Barbato, F. Mocellin, A. Bartz Bellido, J. A. Berat, C. Bertaina, M. E. Bhatta, G. Bianciotto, M. Biermann, P. L. Binet, V. Bismark, K. Bister, T. Biteau, J. Blazek, J. Bleve, C. Blümer, J. Boháčová, M. Boncioli, D. Bonifazi, C. Arbeletche, L. Bonneau Borodai, N. Brack, J. Orchera, P. G. Brichetto Briechle, F. L. Bueno, A. Buitink, S. Buscemi, M. Büsken, M. Bwembya, A. Caballero-Mora, K. S. Cabana-Freire, S. Caccianiga, L. Campuzano, F. Caruso, R. Castellina, A. Catalani, F. Cataldi, G. Cazon, L. Cerda, M. Cermenati, A. Chinellato, J. A. Chudoba, J. Chytka, L. Clay, R. W. Cerutti, A. C. Cobos Colalillo, R. Coluccia, M. R. Conceição, R. Condorelli, A. Consolati, G. Conte, M. Convenga, F. Santos, D. Correia dos Costa, P. J. Covault, C. E. Cristinziani, M. Sanchez, C. S. Cruz Dasso, S. Daumiller, K. Dawson, B. R. de Almeida, R. M. de Jesús, J. de Jong, S. J. Neto, J. R. T. de Mello De Mitri, I. de Oliveira, J. Franco, D. de Oliveira de Palma, F. de Souza, V. de Errico, B. P. de Souza De Vito, E. Del Popolo, A. Deligny, O. Denner, N. Deval, L. di Matteo, A. Dobre, M. Dobrigkeit, C. D'Olivo, J. C. Mendes, L. M. Domingues Dorosti, Q. Anjos, J. C. dos Anjos, R. C. dos Ebr, J. Ellwanger, F. Emam, M. Engel, R. Epicoco, I. Erdmann, M. Etchegoyen, A. Evoli, C. Falcke, H. Farrar, G. Fauth, A. C. Fazzini, N. Feldbusch, F. Fenu, F. Fernandes, A. Fick, B. Figueira, J. M. Filipčič, A. Fitoussi, T. Flaggs, B. Fodran, T. Fujii, T. Fuster, A. Galea, C. Galelli, C. García, B. Gaudu, C. Gemmeke, H. Gesualdi, F. Gherghel-Lascu, A. Ghia, P. L. Giaccari, U. Glombitza, J. Gobbi, F. Gollan, F. Golup, G. Berisso, M. Gómez Vitale, P. F. Gómez Gongora, J. P. González, J. M. González, N. Góra, D. Gorgi, A. Gottowik, M. Grubb, T. D. Guarino, F. Guedes, G. P. Guido, E. Gülzow, L. Hahn, S. Hamal, P. Hampel, M. R. Hansen, P. Harari, D. Harvey, V. M. Haungs, A. Hebbeker, T. Hojvat, C. Hörandel, J. R. Horvath, P. Hrabovský, M. Huege, T. Insolia, A. Isar, P. G. Janecek, P. Jilek, V. Johnsen, J. A. Jurysek, J. Kampert, K. -H. Keilhauer, B. Khakurdikar, A. Covilakam, V. V. Kizakke Klages, H. O. Kleifges, M. Knapp, F. Köhler, J. Kunka, N. Lago, B. L. Langner, N. de Oliveira, M. A. Leigui Lema-Capeans, Y. Letessier-Selvon, A. Lhenry-Yvon, I. Lopes, L. Lu, L. Luce, Q. Lundquist, J. P. Payeras, A. Machado Majercakova, M. Mandat, D. Manning, B. C. Mantsch, P. Mariani, F. M. Mariazzi, A. G. Mariş, I. C. Marsella, G. Martello, D. Martinelli, S. Bravo, O. Martínez Martins, M. A. Mathes, H. -J. Matthews, J. Matthiae, G. Mayotte, E. Mayotte, S. Mazur, P. O. Medina-Tanco, G. Meinert, J. Melo, D. Menshikov, A. Merx, C. Michal, S. Micheletti, M. I. Miramonti, L. Mollerach, S. Montanet, F. Morejon, L. Morello, C. Mulrey, K. Mussa, R. Namasaka, W. M. Negi, S. Nellen, L. Nguyen, K. Nicora, G. Niechciol, M. Nitz, D. Nosek, D. Novotny, V. Nožka, L. Nucita, A. Núñez, L. A. Oliveira, C. Palatka, M. Pallotta, J. Panja, S. Parente, G. Paulsen, T. Pawlowsky, J. Pech, M. Pękala, J. Pelayo, R. Pereira, L. A. S. Martins, E. E. Pereira Armand, J. Perez Bertolli, C. Pérez Perrone, L. Petrera, S. Petrucci, C. Pierog, T. Pimenta, M. Platino, M. Pont, B. Pothast, M. Shahvar, M. Pourmohammad Privitera, P. Prouza, M. Querchfeld, S. Rautenberg, J. Ravignani, D. Akim, J. V. Reginatto Reininghaus, M. Ridky, J. Riehn, F. Risse, M. Rizi, V. de Carvalho, W. Rodrigues Rodriguez, E. Rojo, J. Rodriguez Roncoroni, M. J. Rossoni, S. Roth, M. Roulet, E. Rovero, A. C. Ruehl, P. Saftoiu, A. Saharan, M. Salamida, F. Salazar, H. Salina, G. Gomez, J. D. Sanabria Sánchez, F. Santos, E. M. Santos, E. Sarazin, F. Sarmento, R. Sato, R. Savina, P. Schäfer, C. M. Scherini, V. Schieler, H. Schimassek, M. Schimp, M. Schmidt, D. Scholten, O. Schoorlemmer, H. Schovánek, P. Schröder, F. G. Schulte, J. Schulz, T. Sciutto, S. J. Scornavacche, M. Sedoski, A. Segreto, A. Sehgal, S. Shivashankara, S. U. Sigl, G. Silli, G. Sima, O. Simkova, K. Simon, F. Smau, R. Šmída, R. Sommers, P. Soriano, J. F. Squartini, R. Stadelmaier, M. Stanič, S. Stasielak, J. Stassi, P. Strähnz, S. Straub, M. Suomijärvi, T. Supanitsky, A. D. Svozilikova, Z. Szadkowski, Z. Tairli, F. Tapia, A. Taricco, C. Timmermans, C. Tkachenko, O. Tobiska, P. Peixoto, C. J. Todero Tomé, B. Torrès, Z. Travaini, A. Travnicek, P. Trimarelli, C. Tueros, M. Unger, M. Vaclavek, L. Vacula, M. Galicia, J. F. Valdés Valore, L. Varela, E. Vásquez-Ramírez, A. Veberič, D. Ventura, C. Quispe, I. D. Vergara Verzi, V. Vicha, J. Vink, J. Vorobiov, S. Watanabe, C. Watson, A. A. Weindl, A. Wiencke, L. Wilczyński, H. Wittkowski, D. Wundheiler, B. Yue, B. Yushkov, A. Zapparrata, O. Zas, E. Zavrtanik, D. Zavrtanik, M.
Source :
Phys. Rev. D 109 L081101 (2024)
Publication Year :
2023
Abstract
Dark matter particles could be superheavy, provided their lifetime is much longer than the age of the universe. Using the sensitivity of the Pierre Auger Observatory to ultra-high energy neutrinos and photons, we constrain a specific extension of the Standard Model of particle physics that meets the lifetime requirement for a superheavy particle by coupling it to a sector of ultra-light sterile neutrinos. Our results show that, for a typical dark coupling constant of 0.1, the mixing angle $\theta_m$ between active and sterile neutrinos must satisfy, roughly, $\theta_m \lesssim 1.5\times 10^{-6}(M_X/10^9~\mathrm{GeV})^{-2}$ for a mass $M_X$ of the dark-matter particle between $10^8$ and $10^{11}~$GeV.<br />Comment: Version accepted for publication in PRD Letters, including Supplemental Material