Low exposure long-baseline neutrino oscillation sensitivity of the DUNE experiment
DUNE Collaboration, A. Abed Abud, B. Abi, R. Acciarri, M. A. Acero, M. R. Adames, G. Adamov, D. Adams, M. Adinolfi, A. Aduszkiewicz, J. Aguilar, Z. Ahmad, J. Ahmed, B. Aimard, B. Ali-Mohammadzadeh, T. Alion, K. Allison, S. Alonso Monsalve, M. AlRashed, C. Alt, A. Alton, P. Amedo, J. Anderson, C. Andreopoulos, M. Andreotti, M. P. Andrews, F. Andrianala, S. Andringa, Н. Анфимов, A. Ankowski, M. Antoniassi, M. Antonova, A. Antoshkin, Stefan Antusch, Alfredo Aranda, L. O. Arnold, M. A. Arroyave, J. Asaadi, L. Asquith, A. Aurisano, V. Aushev, D. Autiero, M. Ayala-Torres, F. Azfar, A. Back, H. Back, J. J. Back, C. Backhouse, I. Bagaturia, L. Bagby, N. Balashov, S. Balasubramanian, P. Baldi, B. Baller, B. Bambah, F. Barão, G. Barenboim, G. J. Barker, W. Barkhouse, C. Barnes, G. Barr, J. Barranco Monarca, Alexandra Carneiro Barros, N. Barros, J. Barrow, A. Basharina-Freshville, A. Bashyal, V. Basque, E. Belchior, James Battat, F. Battisti, F. Bay, J. L. Bazo Alba, J. F. Beacom, E. Bechetoille, B. Behera, L. Bellantoni, G. Bellettini, V. Bellini, O. Beltramello, N. Benekos, C. Benitez Montiel, F. Neves, J. Berger, S. Berkman, P. Bernardini, R. M. Berner, S. Bertolucci, M. Betancourt, A. Betancur Rodríguez, A. Bevan, Y. Bezawada, T. J. C. Bezerra, A. Bhardwaj, V. Bhatnagar, M. Bhattacharjee, S. Bhuller, B. Bhuyan, S. Biagi, J. Bian, M. Biassoni, B. Bilki, M. Bishai, A. Bitadze, A. Blake, F. d. M. Blaszczyk, G. Blazey, E. Blucher, J. Boissevain, S. Bolognesi, T. Bolton, L. Bomben, M. Bonesini, M. Bongrand, C. Bonilla-Diaz, F. Bonini, A. Booth, F. Boran, S. Bordoni, A. Borkum, N. Bostan, P. Bour, C. Bourgeois, D. Boyden, J. Bracinik, D. Braga, D. Brailsford, A. Branca, A. Brandt, J. Bremer, C. Brew, S. J. Brice, C. Brizzolari, C. Bromberg, J. Brooke, A. Bross, G. Brunetti, M. Brunetti, N. Buchanan, H. Budd, I. Butorov, I. Cagnoli, D. Caiulo, R. Calabrese, P. Calafiura, J. Calcutt, M. Calin, S. Calvez, E. Calvo, A. Caminata, M. Campanelli, D. Caratelli, G. Carini, B. Carlus, M. F. Carneiro, P. Carniti, I. Terrazas, H. Carranza, T. Carroll, J. F. Castaño Forero, A. Castillo, C. Castromonte, E. Catano-Mur, C. Cattadori, F. Cavalier, F. Cavanna, S. Centro, G. Cerati, A. Cervelli, A. Cervera Villanueva, M. Chalifour, A. Chappell, E. Chardonnet, N. Charitonidis, A. Chatterjee, S. Chattopadhyay, H. Chen, M. Chen, Y. Chen, Z. Chen, Y Cheon, D. Cherdack, C. Chi, S. Childress, A. Chiriacescu, G. Chisnall, K. Cho, S. Choate, D. Chokheli, P. S. Chong, A. Christensen, D. Christian, G. Christodoulou, A. Chukanov, M. Chung, E. Church, V. Cicero, P. Clarke, T. E. Coan, A. G. Cocco, J. A. B. Coelho, N. Colton, E. Conley, R. Conley, J. M. Conrad, M. Convery, S. Copello, L. Cremaldi, L. Cremonesi, J. I. Crespo-Anadón, M. Crisler, E. Cristaldo, Ryan Cross, A. Cudd, C. Cuesta, Y. Cui, D. Cussans, O. Dalager, H. da Motta, L. Da Silva Peres, C. David, Q. David, G. S. Davies, S. Davini, J. Dawson, K. De, P. Debbins, I. De Bonis, M. P. Decowski, A. de Gouvêa, P. C. de Holanda, I. L. De Icaza Astiz, A. Deisting, P. De Jong, A. Delbart, D. Delepine, Manoel Armando Delgado, A. Dell’Acqua, P. De Lurgio, C. Densham, G. W. Deptuch, A. De Roeck, V. De Romeri, G. De Souza, R. Devi, R. Dharmapalan, M. Dias, F. Diaz, J. S. Díaz, S. Di Domizio, L. Di Giulio, L. Di Noto, C. Distefano, R. Diurba, M. Diwan, Z. Djurcic, D. Doering, S. Dolan, F. Dolek, M. J. Dolinski, L. Domine, D. Douglas, D. Douillet, G. Drake, F. Drielsma, L. Duarte, D. Duchesneau, K. Duffy, P. Dunne, Hongyue Duyang, O. Dvornikov, D. A. Dwyer, A. S. Dyshkant, M. Eads, A. Earle, D. Edmunds, J. Eisch, L. Emberger, S. Emery, A. Ereditato, T. Erjavec, C. O. Escobar, G. Eurin, J. J. Evans, A. C. Ezeribe, K. Fahey, A. Falcone, C. Farnese, Y. Farzan, Dmitry Fedoseev, J. Felix, Y. Feng, E. Fernández-Martínez, M. Fernandez Morales, F. Ferraro, L. Fields, P. Filip, F. Filthaut, A. Fiorentini, R. S. Fitzpatrick, W. Flanagan, B. Fleming, R. Flight, S. Fogarty, W. Foreman, D. V. Forero, J. Fowler, W. Fox, J. Franc, K. Francis, D. Franco, J. Freeman, J. Freestone, J. Fried, F. Fuentes Robayo, S. Fuess, I. K. Furic, A. P. Furmanski, A. Gabrielli, A. Gago, H. Gallagher, A. Gallas, A. Gallego-Ros, N. Gallice, V. Galymov, E. Gamberini, T. Gamble, F. Ganacim, R. Gandhi, R. P. Gandrajula, F. Gao, S. Gao, D. Garcia-Gamez, M. Á. García-Peris, S. Gardiner, D. Gastler, J. Gauvreau, G. Ge, B. Gelli, A. Gendotti, S. Gent, Z. Ghorbanimoghaddam, P. Giammaria, T. Giammaria, D. Gibin, I. Gil-Botella, S. Gilligan, C. Girerd, A. K. Giri, D. Gnani, O. Gogota, M. Gold, S. Gollapinni, R. A. Gomes, L. V. Gomez Bermeo, L. S. Gomez Fajardo, F. Gonnella, J. A. Gonzalez-Cuevas, D. González-Díaz, M. Gonzalez-Lopez, M. C. Goodman, O. Goodwin, Sreetama Goswami, C. Gotti, E. Goudzovski, C. Grace, R. Gran, E. Granados, P. Granger, A. Grant, C. Grant, D. Gratieri, P. Green, L. Greenler, J. Greer, J. Grenard, W. C. Griffith, M. Groh, J. Grudzinski, K. Grzelak, W. Gu, E. Guardincerri, V. Guarino, M. Guarise, R. Guenette, E. Guerard, M. Guerzoni, D. Güffanti, A. Guglielmi, B. Guo, V. Gupta, K. K. Guthikonda, R. Gutierrez, P. Guzowski, M. M. Guzzo, C. Ha, A. Habig, H. K. Hadavand, R. Haenni, A. Hahn, J. Haiston, P. Hamacher-Baumann, T. Hamernik, P. Hamilton, J. Han, D. A. Harris, J. Hartnell, T. Hartnett, J. Harton, T. Hasegawa, C. Hasnip, R. Hatcher, K. W. Hatfield, A. Hatzikoutelis, C. Hayes, K. Hayrapetyan, J. Hays, E. Hazen, Mingxin He, A. Heavey, K. M. Heeger, J. Heise, S. Henry, M. A. Hernández Morquecho, K. Herner, V Hewes, T. Hill, S. J. Hillier, A. Himmel, E. Hinkle, L. R. Hirsch, J. Ho, J. Hoff, A. Holin, E. W. Hoppe, G. A. Horton-Smith, Matheus Hostert, A. Hourlier, B. Howard, R. Howell, I. Hristova, M. S. Hronek, J. Huang, G. Iles, N. Ilic, M. Iliescu, R. Illingworth, G. Ingratta, A. Ioannisian, B. Irwin, L. Isenhower, R. Itay, C. M. Jackson, V. Jain, E. James, W. Jang, B. Jargowsky, F. Jediny, C. Jena, Y. S. Jeong, C. Jesús-Valls, X. Ji, L. Jiang, S. Jiménez, A. Jipa, R. Johnson, N. Johnston, B. J. P. Jones, S. Jones, M. Judah, C. K. Jung, T. Junk, Y. Jwa, M. Kabirnezhad, A. Kaboth, І. Каденко, D. Kaira, I. Kakorin, A. Kalitkina, F. Kamiya, N. Kaneshige, G. Karagiorgi, G. Karaman, A. Karcher, M. Karolak, Y. Karyotakis, S. Kasai, S. P. Kasetti, L. Kashur, N. Kazaryan, E. Kearns, P. Keener, K. J. Kelly, E. Kemp, O. Kemularia, W. Ketchum, S. H. Kettell, M. Khabibullin, A. Khotjantsev, A. Khvedelidze, D. Kim, B.J. KING, B. Kirby, M. Kirby, J. Klein, K. Koehler, L. W. Koerner, D. H. Koh, S. Kohn, P. P. Koller, L. Kolupaeva, D. Korablev, M. Kordosky, T. Kosc, U. Kose, V. Alan Kostelecký, K. Kothekar, L. Kreczko, F. Krennrich, I. Kreslo, W. Kropp, Y. Kudenko, V. A. Kudryavtsev, S. Kulagin, J. Kumar, P. Kumar, P. Kunze, N. Kurita, C. Kuruppu, V. Kus, T. Kutter, J. Kvasnicka, D. Kwak, A. Lambert, B. J. Land, C. E. Lane, K. Lang, T. Langford, M. Langstaff, J. Larkin, P. Lasorak, D. Last, C. Lastoria, A. Laundrie, G. Laurenti, A. Lawrence, I. Lazanu, R. LaZur, M. Lazzaroni, T. Le, S. Leardini, J. Learned, P. LeBrun, T. LeCompte, C. Lee, S. Y. Lee, R. Lehnert, M. A. Leigui de Oliveira, M. Leitner, L. M. Lepin, S. W. Li, T. Li, Y. Li, H. Liao, C. S. Lin, Q. Lin, Sharon Lin, R. A. Lineros, J. Ling, A. Lister, B. R. Littlejohn, J. Liu, T. Loew, M. Lokajicek, I. Lomidze, K. Long, T. Lord, J. M. LoSecco, W. C. Louis, X. -G. Lu, K. B. Luk, B. Lunday, X. Luo, Elena Luppi, T. Lux, V. P. Luzio, D. MacFarlane, A.A. Machado, P. Machado, C. T. Macias, J. R. Macier, A. Maddalena, A. Madera, P. Madigan, S. Magill, K. Mahn, A. Maio, A. Major, J. A. Maloney, G. Mandrioli, R. C. Mandujano, J. Maneira, L. Manenti, S. Manly, A. Mann, K. Manolopoulos, M. Manrique Plata, Venkata Narasimha Manyam, L. Manzanillas, M. Marchan, A. Marchionni, W. Marciano, D. Marfatia, C. Mariani, J. Maricic, R. Marie, F. Marinho, A. D. Marino, D. Marsden, M. Marshak, C. Marshall, J. Marshall, J. Marteau, J. Martin-Albo, N. Martinez, D. A. Martínez Caicedo, P. Martínez Miravé, S. Martynenko, V. Mascagna, K. Mason, A. Mastbaum, F. Matichard, S. Matsuno, J. Matthews, C. Mauger, N. Mauri, K. Mavrokoridis, I. Mawby, R. Mazza, A. Mazzacane, E. Mazzucato, T. McAskill, E. McCluskey, N. McConkey, K. S. McFarland, C. McGrew, A. McNab, A. Mefodiev, P. Mehta, P. Melas, O. Mena, H. Mendez, P. Mendez, D. P. Méndez, A. Menegolli, G. Meng, M. D. Messier, W. Metcalf, T. Mettler, M. Mewes, H. Meyer, Tongyu Miao, G. Michna, T. Miedema, V. Mikola, R. Milincic, G. Miller, W. Miller, J. Mills, C. Milne, O. Mineev, A. Minotti, O. G. Miranda, S. Miryala, C. S. Mishra, S. R. Mishra, A. Mislivec, D. Mladenov, I. Mocioiu, K. Moffat, N. Moggi, R. Mohanta, T. A. Mohayai, N. Mokhov, J. Molina, L. Molina Bueno, E. Montagna, A. Montanari, C. Montanari, D. Montanari, L. M. Montaño Zetina, J. Moon, S. H. Moon, M. Mooney, A. F. Moor, D. Moreno, C. Morris, C. Mossey, E. Motuk, C. A. Moura, J. Mousseau, G. Mouster, W. Mu, L. Mualem, J. Mueller, M. Muether, S. Mufson, F. Muheim, A. Muir, M. Mulhearn, D. Munford, H. Muramatsu, S. Murphy, J. Musser, J. Nachtman, S. Nagu, M. Nalbandyan, R. Nandakumar, D. Naples, S. Narita, A. Nath, A. Navrer-Agasson, N. Nayak, M. Nebot-Guinot, K. Negishi, J. K. Nelson, M. Nessi, D. Newbold, M. Newcomer, D. Newhart, H. Newton, R. J. Nichol, F. Nicolas-Arnaldos, E. Niner, K. Nishimura, A. Norman, A. Norrick, R. Northrop, P. Novella, J. Nowak, M. Oberling, J. P. Ochoa‐Ricoux, A. Olivier, A. Olshevskiy, Y. Onel, Y. Onishchuk, J. Ott, L. Pagani, S. Pakvasa, G. Palacio, O. Palamara, S. Palestini, J. M. Paley, M. Pallavicini, C. Palomares, J. L. Palomino-Gallo, W. Panduro Vazquez, E. Pantic, V. Paolone, V. Papadimitriou, A. Papanestis, S. Paramesvaran, Stephen Parke, E. Parozzi, Z. Parsa, M. Parvu, S. Pascoli, L. Pasqualini, J. Pasternak, J. R. Pater, C. Patrick, L. Patrizii, R. B. Patterson, S. J. Patton, T. Patzak, A. Paudel, B. Paulos, L. Paulucci, Z. Pavlovic, G. Pawloski, D. Payne, V. Pec, S. J. M. Peeters, E. Pennacchio, A. Penzo, O. L. G. Peres, J. Perry, D. Pershey, G. Pessina, G. Petrillo, C. Petta, R. Petti, V. Pia, F. Piastra, L. Pickering, F. Pietropaolo, R. Plunkett, R. Poling, X. Pons, N. Poonthottathil, F. Poppi, S. Pordes, J. Porter, M. Potekhin, R. Potenza, B. V. K. S. Potukuchi, J. Pozimski, M. Pozzato, S. Prakash, T. Prakash, M. Prest, S. Prince, F. Psihas, D. Pugnère, X. Qian, J. L. Raaf, V. Radeka, J. Rademacker, B. Radics, A. Rafique, E. Raguzin, M. Rai, M. Rajaoalisoa, I. Rakhno, A. Rakotonandrasana, L. Rakotondravohitra, Y. Ramachers, R. Rameika, M. A. Ramirez Delgado, B. Ramson, A. Rappoldi, G. Raselli, P. N. Ratoff, S. Raut, R. F. Razakamiandra, E. Rea, J. S. Real, B. Rebel, M. Reggiani-Guzzo, T. Rehak, J. Reichenbacher, S. D. Reitzner, H. Rejeb Sfar, A. Renshaw, S. Rescia, F. Resnati, A. Reynolds, M. Ribas, S. Riboldi, C. Riccio, G. Riccobene, L. C. J. Rice, J. Ricol, A. Rigamonti, Y. Rigaut, D. Rivera, A. Robert, L. Rochester, M. Roda, P. Rodrigues, M. J. Rodriguez Alonso, E. Rodriguez Bonilla, J. Rodriguez Rondon, S. Rosauro-Alcaraz, M. Rosenberg, P. Rosier, B. Roskovec, M. Rossella, M. Rossi, J. Rout, P. Roy, A. Rubbia, B. Russell, D. Ruterbories, A. Rybnikov, A. Saa-Hernandez, R. Saakyan, S. Sacerdoti, T. Safford, N. Sahu, P. Sala, N. Samios, O. Samoylov, M. C. Sánchez, V. Sandberg, D. A. Sanders, D. P. C. Sankey, Saul Gonçalves Santana, M. Santos-Maldonado, N. Saoulidou, P. Sapienza, C. Sarasty, Ina Sarčević, G. Savage, V. Savinov, A. Scaramelli, A. Scarff, A. Scarpelli, H. Schellman, Sebastiano Fabio Schifano, P. Schlabach, D. Schmitz, K. Scholberg, A. Schukraft, E. Segreto, A. Selyunin, C. R. Senise, J. Sensenig, M. Seoane, A. Sergi, D. Sgalaberna, M. H. Shaevitz, S. Shafaq, M. Shamma, R. Sharankova, H. R. Sharma, R. Sharma, R. Kumar, T. Shaw, C. H. Shepherd-Themistocleous, A. Sheshukov, Seodong Shin, I. Shoemaker, D. Shooltz, R. Shrock, H. Siegel, L. Simard, J. Sinclair, G. Sinev, Jaydip Singh, J. Singh, L. Singh, V. Singh, R. Sipos, F. W. Sippach, G. Sirri, A. Sitraka, K. Siyeon, K. Skarpaas, A. Smith, E. Smith, P. Smith, J. Smolik, M. Smy, E. L. Snider, P. Snopok, D. Snowden-Ifft, M. Soares Nunes, H. Sobel, M. Söderberg, S. Sokolov, C. J. Solano Salinas, S. Söldner‐Rembold, S. R. Soleti, N. Solomey, V. Solovov, M. Sorel, A. Sotnikov, J. Soto-Oton, A. Sousa, K. Soustruznik, F. Spagliardi, M. Spanu, J. Spitz, N.J.C. Spooner, K. Spurgeon, M. Stancari, L. Stanco, R. Stein, H. M. Steiner, A. F. Steklain Lisbôa, J. Stewart, B. Stillwell, J. Stock, F. Stocker, T. Stokes, M. Strait, T. Strauss, A. Stuart, J. G. Suarez, H. Sullivan, D. Summers, A. Surdo, V. Susic, L. Suter, C. M. Sutera, R. Svoboda, B. Szczerbinska, A. M. Szelc, H. A. Tanaka, B. Tapia Oregui, A. Tapper, S. Tariq, E. Tatar, R. Tayloe, A. M. Teklu, M. Tenti, K. Terao, C. A. Ternes, F. Terranova, G. Testera, T. Thakore, A. Thea, J. L. Thompson, C. Thorn, S. C. Timm, V. Tishchenko, L. Tomassetti, A. Tonazzo, D. Torbunov, M. Torti, M. Tortola, F. Tortorici, N. Tosi, D. Totani, M. Toups, C. Touramanis, R. Travaglini, J. Trevor, S. M. Trilov, W. H. Trzaska, Y. Tsai, Y. -T. Tsai, Z. Tsamalaidze, K. V. Tsang, N. Tsverava, S. Tufanli, C. Tull, E. Tyley, M. Tzanov, L. Uboldi, M. A. Uchida, J. Urheim, T. Usher, S. Uzunyan, M. R. Vagins, P. Vahle, G. A. Valdiviesso, R. Valentim, Z. Vallari, E. Vallazza, J. W. F. Valle, S. Vallecorsa, R. Van Berg, R. G. Van de Water, F. Varanini, D. Vargas, G. Varner, J. Vasel, S. Vasina, G. Vasseur, N. Vaughan, K. Vaziri, S. Ventura, A. Verdugo, S. Vergani, M. A. Vermeulen, M. Verzocchi, M. Vicenzi, H. Vieira de Souza, C. Vignoli, C. Vilela, B. Viren, T. Vrba, T. Wachala, A. V. Waldron, M. Wallbank, C. Wallis, H. Wang, J. Wang, L. Wang, M. H. L. S. Wang, Y. Wang, K. Warburton, D. Warner, M. O. Wascko, D. Waters, A. Watson, P. Weatherly, A. Weber, M. Weber, H. Wei, A. J. Weinstein, D. Wenman, M. Wetstein, A. White, L. Whitehead, D. Whittington, M. J. Wilking, C. Wilkinson, Z. Williams, F. F. Wilson, R. J. Wilson, Wies aw Wisniewski, J. Wolcott, T. Wongjirad, A. Wood, K. Wood, E. Worcester, M. Worcester, C. Wret, W. Wu, Y. Xiao, F. Xie, E. Yandel, G. Yang, K. Yang, T. Yang, A. Yankelevich, N. Yershov, K. Yonehara, T. Young, B. Yu, H. Yu, J. Yu, W. Yuan, R. Zaki, J. Zálešâk, L. Zambelli, B. Zamorano, A. Zani, L. Zazueta, G. P. Zeller, J. Zennamo, K. Zeug, C. Zhang, M. Zhao, E. Zhivun, G. Zhu, E. D. Zimmerman, S. Zucchelli, J. Zuklin, V. Zutshi, R. Zwaska
Résumé fourni par la source
The Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) will produce world-leading neutrino oscillation measurements over the lifetime of the experiment. In this work, we explore DUNE's sensitivity to observe charge-parity violation (CPV) in the neutrino sector, and to resolve the mass ordering, for exposures of up to 100 kiloton-megawatt-years (kt-MW-yr). The analysis includes detailed uncertainties on the flux prediction, the neutrino interaction model, and detector effects. We demonstrate that DUNE will be able to unambiguously resolve the neutrino mass ordering at a 3$σ$ (5$σ$) level, with a 66 (100) kt-MW-yr far detector exposure, and has the ability to make strong statements at significantly shorter exposures depending on the true value of other oscillation parameters. We also show that DUNE has the potential to make a robust measurement of CPV at a 3$σ$ level with a 100 kt-MW-yr exposure for the maximally CP-violating values $δ_{\rm CP}} = \pmπ/2$. Additionally, the dependence of DUNE's sensitivity on the exposure taken in neutrino-enhanced and antineutrino-enhanced running is discussed. An equal fraction of exposure taken in each beam mode is found to be close to optimal when considered over the entire space of interest.
Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.