Search for proton decay via p→e+π0 and p→μ+π0 with an enlarged fiducial volume in Super-Kamiokande I-IV

Takenaka, A.; Abe, K.; Bronner, C.; Hayato, Y.; Ikeda, M.; Imaizumi, S.; Ito, H.; Kameda, J.; Kataoka, Y.; Kato, Y.; Kishimoto, Y.; Marti, Ll.; Miura, M.; Moriyama, S.; Mochizuki, T.; Nagao, Y.; Nakahata, M.; Nakajima, Y.; Nakayama, S.; Okada, T.; Okamoto, K.; Orii, A.; Pronost, G.; Sekiya, H.; Shiozawa, M.; Sonoda, Y.; Suzuki, Y.; Takeda, A.; Takemoto, Y.; Tanaka, H.; Yano, T.; Akutsu, R.; Han, S.; Kajita, T.; Okumura, K.; Tashiro, T.; Wang, R.; Xia, J.; Bravo-Berguño, D.; Labarga, L.; Fernandez, P.; Zaldivar, B.; Blaszczyk, F.  d.  M.; Kearns, E.; Raaf, J.  L.; Stone, J.  L.; Wan, L.; Wester, T.; Pointon, B.  W.; Bian, J.; Griskevich, N.  J.; Kropp, W.  R.; Locke, S.; Mine, S.; Smy, M.  B.; Sobel, H.  W.; Takhistov, V.; Weatherly, P.; Ganezer, K.  S.; Hill, J.; Kim, J.  Y.; Lim, I.  T.; Park, R.  G.; Bodur, B.; Scholberg, K.; Walter, C.  W.; Coffani, A.; Drapier, O.; El Hedri, S.; Giampaolo, A.; Gonin, M.; Mueller, Th.  A.; Paganini, P.; Quilain, B.; Ishizuka, T.; Nakamura, T.; Jang, J.  S.; Learned, J.  G.; Matsuno, S.; Anthony, L.  H.  V.; Litchfield, R.  P.; Sztuc, A.  A.; Uchida, Y.; Berardi, V.; Catanesi, M.  G.; Radicioni, E.; Calabria, N.  F.; Machado, L.  N.; De Rosa, G.; Collazuol, G.; Iacob, F.; Lamoureux, M.; Ospina, N.; Ludovici, L.; Nishimura, Y.; Cao, S.; Friend, M.; Hasegawa, T.; Ishida, T.; Jakkapu, M.; Kobayashi, T.; Matsubara, T.; Nakadaira, T.; Nakamura, K.; Oyama, Y.; Sakashita, K.; Sekiguchi, T.; Tsukamoto, T.; Hasegawa, M.; Isobe, Y.; Miyabe, H.; Nakano, Y.; Shiozawa, T.; Sugimoto, T.; Suzuki, A.  T.; Takeuchi, Y.; Yamamoto, S.; Ali, A.; Ashida, Y.; Feng, J.; Hirota, S.; Ichikawa, A.  K.; Jiang, M.; Kikawa, T.; Mori, M.; Nakamura, Ke.; Nakaya, T.; Wendell, R.  A.; Yasutome, K.; Mccauley, N.; Mehta, P.; Pritchard, A.; Tsui, K.  M.; Fukuda, Y.; Itow, Y.; Menjo, H.; Niwa, T.; Sato, K.; Taani, M.; Tsukada, M.; Mijakowski, P.; Frankiewicz, K.; Jung, C.  K.; Santucci, G.; Vilela, C.; Wilking, M.  J.; Yanagisawa, C.; Fukuda, D.; Harada, M.; Hagiwara, K.; Horai, T.; Ishino, H.; Ito, S.; Koshio, Y.; Ma, W.; Piplani, N.; Sakai, S.; Sakuda, M.; Takahira, Y.; Xu, C.; Kuno, Y.; Barr, G.; Barrow, D.; Cook, L.; Simpson, C.; Wark, D.; Nova, F.; Boschi, T.; Di Lodovico, F.; Molina Sedgwick, S.; Zsoldos, S.; Yang, J.  Y.; Jenkins, S.  J.; Mcelwee, J.  M.; Thiesse, M.  D.; Thompson, L.  F.; Okazawa, H.; Choi, Y.; Kim, S.  B.; Yu, I.; Nishijima, K.; Koshiba, M.; Iwamoto, K.; Ogawa, N.; Yokoyama, M.; Goldsack, A.; Martens, K.; Vagins, M.  R.; Kuze, M.; Tanaka, M.; Yoshida, T.; Inomoto, M.; Ishitsuka, M.; Matsumoto, R.; Ohta, K.; Shinoki, M.; Martin, J.  F.; Nantais, C.  M.; Tanaka, H.  A.; Towstego, T.; Hartz, M.; Konaka, A.; de Perio, P.; Prouse, N.  W.; Chen, S.; B.  D., Xu; Posiadala-Zezula, M.; Richards, B.; Jamieson, B.; Walker, J.; Minamino, A.; Okamoto, K.; Pintaudi, G.; Sasaki, R.

doi:10.1103/PhysRevD.102.112011

We have searched for proton decay via p→e+π0 and p→μ+π0 modes with the enlarged fiducial volume data of Super-Kamiokande from April 1996 to May 2018, which corresponds to 450 kton⋅years exposure. We have accumulated about 25% more livetime and enlarged the fiducial volume of the Super-Kamiokande detector from 22.5 kton to 27.2 kton for this analysis, so that 144 kton⋅years of data, including 78 kton⋅years of additional fiducial volume data, has been newly analyzed. No candidates have been found for p→e+π0 and one candidate remains for p→μ+π0 in the conventional 22.5 kton fiducial volume and it is consistent with the atmospheric neutrino background prediction. We set lower limits on the partial lifetime for each of these modes: τ/B(p→e+π0)>2.4×1034 years and τ/B(p→μ+π0)>1.6×1034 years at 90% confidence level.