Sterile neutrinos at MAPP in the $$B-L$$ model

Abstract The possibility of searching for right-handed neutrinos at the MoEDAL’s Apparatus for Penetrating Particles (MAPP) detector is investigated in this work. In particular, pair-production of right-handed (RH) neutrinos N from either a $$B-L$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mi>L</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> gauge boson $$Z'$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mi>Z</mml:mi> <mml:mo>′</mml:mo> </mml:msup> </mml:math> , as well as a Standard Model (SM) Z boson are considered. Under a no-background assumption, we show that the MAPP detector can be sensitive to active-sterile neutrino mixing strengths as low as $$V_{\mu N}^2 \approx 10^{-12}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>V</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mi>N</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msubsup> <mml:mo>≈</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>12</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> for multiple choices of $$m_N / m_{Z'}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>m</mml:mi> <mml:mi>N</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>m</mml:mi> <mml:msup> <mml:mi>Z</mml:mi> <mml:mo>′</mml:mo> </mml:msup> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> values, when taking the $$B-L$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mi>L</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> gauge coupling $$g_{B-L} = 10^{-3}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>g</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mi>L</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> near its current limit. The SM Z boson portal can reach a similar sensitivity, when the effective mixing between the $$B-L$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mi>L</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> and SM gauge boson is $$\alpha \approx 0.002$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>α</mml:mi> <mml:mo>≈</mml:mo> <mml:mn>0.002</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> .