Long-baseline neutrino oscillation physics potential of the DUNE experiment: DUNE Collaboration

Loading...
Thumbnail Image
Authors
Meyer, Holger
Muether, Mathew
Solomey, Nickolas
Advisors
Issue Date
2020-10-22
Type
Article
Keywords
Neutrinos , Mesons , Fermilab
Research Projects
Organizational Units
Journal Issue
Citation
Abi, B., Acciarri, R., Acero, M.A. et al. Long-baseline neutrino oscillation physics potential of the DUNE experiment. Eur. Phys. J. C 80, 978 (2020)
Abstract

The sensitivity of the Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) to neutrino oscillation is determined, based on a full simulation, reconstruction, and event selection of the far detector and a full simulation and parameterized analysis of the near detector. Detailed uncertainties due to the flux prediction, neutrino interaction model, and detector effects are included. DUNE will resolve the neutrino mass hierarchy to a precision of 5, for all values, after 2 years of running with the nominal detector design and beam configuration. It has the potential to observe charge-parity violation in the neutrino sector to a precision of 3 (5) after an exposure of 5 (10) years, for 50% of all values. It will also make precise measurements of other parameters governing long-baseline neutrino oscillation, and after an exposure of 15 years will achieve a similar sensitivity to to current reactor experiments.

Table of Contents
Description
© 2020, The Author(s). Open Access This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source, provide a link to the Creative Commons licence, and indicate if changes were made. WSU authors: Meyer, H.; Muether, M.; Solomey, N. The complete list includes: Abi, B.; Acciarri, R.; Acero, M.A.; Adamov, G.; Adams, D.; Adinolfi, M.; Ahmad, Z.; Ahmed, J.; Alion, T.; Monsalve, S.A.; Alt, C.; Anderson, J.; Andreopoulos, C.; Andrews, M.P.; Andrianala, F.; Andringa, S.; Ankowski, A.; Antonova, M.; Antusch, S.; Aranda-Fernandez, A.; Ariga, A.; Arnold, L.O.; Arroyave, M.A.; Asaadi, J.; Aurisano, A.; Aushev, V.; Autiero, D.; Azfar, F.; Back, H.; Back, J.J.; Backhouse, C.; Baesso, P.; Bagby, L.; Bajou, R.; Balasubramanian, S.; Baldi, P.; Bambah, B.; Barao, F.; Barenboim, G.; Barker, G.J.; Barkhouse, W.; Barnes, C.; Barr, G.; Monarca, J.B.; Barros, N.; Barrow, J.L.; Bashyal, A.; Basque, V.; Bay, F.; Alba, J.L.B.; Beacom, J.F.; Bechetoille, E.; Behera, B.; Bellantoni, L.; Bellettini, G.; Bellini, V.; Beltramello, O.; Belver, D.; Benekos, N.; Neves, F.B.; Berger, J.; Berkman, S.; Bernardini, P.; Berner, R.M.; Berns, H.; Bertolucci, S.; Betancourt, M.; Bezawada, Y.; Bhattacharjee, M.; Bhuyan, B.; Biagi, S.; Bian, J.; Biassoni, M.; Biery, K.; Bilki, B.; Bishai, M.; Bitadze, A.; Blake, A.; Siffert, B.B.; Blaszczyk, F.D.M.; Blazey, G.C.; Blucher, E.; Boissevain, J.; Bolognesi, S.; Bolton, T.; Bonesini, M.; Bongrand, M.; Bonini, F.; Booth, A.; Booth, C.; Bordoni, S.; Borkum, A.; Boschi, T.; Bostan, N.; Bour, P.; Boyd, S.B.; Boyden, D.; Bracinik, J.; Braga, D.; Brailsford, D.; Brandt, A.; Bremer, J.; Brew, C.; Brianne, E.; Brice, S.J.; Brizzolari, C.; Bromberg, C.; Brooijmans, G.; Brooke, J.; Bross, A.; Brunetti, G.; Buchanan, N.; Budd, H.; Caiulo, D.; Calafiura, P.; Calcutt, J.; Calin, M.; Calvez, S.; Calvo, E.; Camilleri, L.; Caminata, A.; Campanelli, M.; Caratelli, D.; Carini, G.; Carlus, B.; Carniti, P.; Terrazas, I.C.; Carranza, H.; Castillo, A.; Castromonte, C.; Cattadori, C.; Cavalier, F.; Cavanna, F.; Centro, S.; Cerati, G.; Cervelli, A.; Villanueva, A.C.; Chalifour, M.; Chang, C.; Chardonnet, E.; Chatterjee, A.; Chattopadhyay, S.; Chaves, J.; Chen, H.; Chen, M.; Chen, Y.; Cherdack, D.; Chi, C.; Childress, S.; Chiriacescu, A.; Cho, K.; Choubey, S.; Christensen, A.; Christian, D.; Christodoulou, G.; Church, E.; Clarke, P.; Coan, T.E.; Cocco, A.G.; Coelho, J.A.B.; Conley, E.; Conrad, J.M.; Convery, M.; Corwin, L.; Cotte, P.; Cremaldi, L.; Cremonesi, L.; Crespo-Anadón, J.I.; Cristaldo, E.; Cross, R.; Cuesta, C.; Cui, Y.; Cussans, D.; Dabrowski, M.; Motta, H.; Da Silva Peres, L.; David, C.; David, Q.; Davies, G.S.; Davini, S.; Dawson, J.; De, K.; De Almeida, R.M.; Debbins, P.; De Bonis, I.; Decowski, M.P.; de Gouvêa, A.; De Holanda, P.C.; De Icaza Astiz, I.L.; Deisting, A.; De Jong, P.; Delbart, A.; Delepine, D.; Delgado, M.; Dell’Acqua, A.; De Lurgio, P.; de Mello Neto, J.R.T.; DeMuth, D.M.; Dennis, S.; Densham, C.; Deptuch, G.; De Roeck, A.; De Romeri, V.; De Vries, J.J.; Dharmapalan, R.; Dias, M.; Diaz, F.; Díaz, J.S.; Domizio, S.D.; Giulio, L.D.; Ding, P.; Noto, L.D.; Distefano, C.; Diurba, R.; Diwan, M.; Djurcic, Z.; Dokania, N.; Dolinski, M.J.; Domine, L.; Douglas, D.; Drielsma, F.; Duchesneau, D.; Duffy, K.; Dunne, P.; Durkin, T.; Duyang, H.; Dvornikov, O.; Dwyer, D.A.; Dyshkant, A.S.; Eads, M.; Edmunds, D.; Eisch, J.; Emery, S.; Ereditato, A.; Escobar, C.O.; Sanchez, L.E.; Evans, J.J.; Ewart, E.; Ezeribe, A.C.; Fahey, K.; Falcone, A.; Farnese, C.; Farzan, Y.; Felix, J.; Fernandez-Martinez, E.; Menendez, P.F.; Ferraro, F.; Fields, L.; Filkins, A.; Filthaut, F.; Fitzpatrick, R.S.; Flanagan, W.; Fleming, B.; Flight, R.; Fowler, J.; Fox, W.; Franc, J.; Francis, K.; Franco, D.; Freeman, J.; Freestone, J.; Fried, J.; Friedland, A.; Fuess, S.; Furic, I.; Furmanski, A.P.; Gago, A.; Gallagher, H.; Gallego-Ros, A.; Gallice, N.; Galymov, V.; Gamberini, E.; Gamble, T.; Gandhi, R.; Gandrajula, R.; Gao, S.; Garcia-Gamez, D.; García-Peris, M.Á.; Gardiner, S.; Gastler, D.; Ge, G.; Gelli, B.; Gendotti, A.; Gent, S.; Ghorbani-Moghaddam, Z.; Gibin, D.; Gil-Botella, I.; Girerd, C.; Giri, A.K.; Gnani, D.; Gogota, O.; Gold, M.; Gollapinni, S.; Gollwitzer, K.; Gomes, R.A.; Bermeo, L.V.G.; Fajardo, L.S.G.; Gonnella, F.; Gonzalez-Cuevas, J.A.; Goodman, M.C.; Goodwin, O.; Goswami, S.; Gotti, C.; Goudzovski, E.; Grace, C.; Graham, M.; Gramellini, E.; Gran, R.; Granados, E.; Grant, A.; Grant, C.; Gratieri, D.; Green, P.; Green, S.; Greenler, L.; Greenwood, M.; Greer, J.; Griffith, W.C.; Groh, M.; Grudzinski, J.; Grzelak, K.; Gu, W.; Guarino, V.; Guenette, R.; Guglielmi, A.; Guo, B.; Guthikonda, K.K.; Gutierrez, R.; Guzowski, P.; Guzzo, M.M.; Gwon, S.; Habig, A.; Hackenburg, A.; Hadavand, H.; Haenni, R.; Hahn, A.; Haigh, J.; Haiston, J.; Hamernik, T.; Hamilton, P.; Han, J.; Harder, K.; Harris, D.A.; Hartnell, J.; Hasegawa, T.; Hatcher, R.; Hazen, E.; Heavey, A.; Heeger, K.M.; Heise, J.; Hennessy, K.; Henry, S.; Morquecho, M.A.H.; Herner, K.; Hertel, L.; Hesam, A.S.; Hewes, J.; Higuera, A.; Hill, T.; Hillier, S.J.; Himmel, A.; Hoff, J.; Hohl, C.; Holin, A.; Hoppe, E.; Horton-Smith, G.A.; Hostert, M.; Hourlier, A.; Howard, B.; Howell, R.; Huang, J.; Huang, J.; Hugon, J.; Iles, G.; Ilic, N.; Iliescu, A.M.; Illingworth, R.; Ioannisian, A.; Itay, R.; Izmaylov, A.; James, E.; Jargowsky, B.; Jediny, F.; Jesùs-Valls, C.; Ji, X.; Jiang, L.; Jiménez, S.; Jipa, A.; Joglekar, A.; Johnson, C.; Johnson, R.; Jones, B.; Jones, S.; Jung, C.K.; Junk, T.; Jwa, Y.; Kabirnezhad, M.; Kaboth, A.; Kadenko, I.; Kamiya, F.; Karagiorgi, G.; Karcher, A.; Karolak, M.; Karyotakis, Y.; Kasai, S.; Kasetti, S.P.; Kashur, L.; Kazaryan, N.; Kearns, E.; Keener, P.; Kelly, K.J.; Kemp, E.; Ketchum, W.; Kettell, S.H.; Khabibullin, M.; Khotjantsev, A.; Khvedelidze, A.; Kim, D.; King, B.; Kirby, B.; Kirby, M.; Klein, J.; Koehler, K.; Koerner, L.W.; Kohn, S.; Koller, P.P.; Kordosky, M.; Kosc, T.; Kose, U.; Kostelecký, V.A.; Kothekar, K.; Krennrich, F.; Kreslo, I.; Kudenko, Y.; Kudryavtsev, V.A.; Kulagin, S.; Kumar, J.; Kumar, R.; Kuruppu, C.; Kus, V.; Kutter, T.; Lambert, A.; Lande, K.; Lane, C.E.; Lang, K.; Langford, T.; Lasorak, P.; Last, D.; Lastoria, C.; Laundrie, A.; Lawrence, A.; Lazanu, I.; LaZur, R.; Le, T.; Learned, J.; LeBrun, P.; Miotto, G.L.; Lehnert, R.; de Oliveira, M.A.L.; Leitner, M.; Leyton, M.; Li, L.; Li, S.; Li, S.W.; Li, T.; Li, Y.; Liao, H.; Lin, C.S.; Lin, S.; Lister, A.; Littlejohn, B.R.; Liu, J.; Lockwitz, S.; Loew, T.; Lokajicek, M.; Lomidze, I.; Long, K.; Loo, K.; Lorca, D.; Lord, T.; LoSecco, J.M.; Louis, W.C.; Luk, K.B.; Luo, X.; Lurkin, N.; Lux, T.; Luzio, V.P.; MacFarland, D.; Machado, A.A.; Machado, P.; Macias, C.T.; Macier, J.R.; Maddalena, A.; Madigan, P.; Magill, S.; Mahn, K.; Maio, A.; Maloney, J.A.; Mandrioli, G.; Maneira, J.; Manenti, L.; Manly, S.; Mann, A.; Manolopoulos, K.; Plata, M.M.; Marchionni, A.; Marciano, W.; Marfatia, D.; Mariani, C.; Maricic, J.; Marinho, F.; Marino, A.D.; Marshak, M.; Marshall, C.; Marshall, J.; Marteau, J.; Martin-Albo, J.; Martinez, N.; Caicedo, D.A.M.; Martynenko, S.; Mason, K.; Mastbaum, A.; Masud, M.; Matsuno, S.; Matthews, J.; Mauger, C.; Mauri, N.; Mavrokoridis, K.; Mazza, R.; Mazzacane, A.; Mazzucato, E.; McCluskey, E.; McConkey, N.; McFarland, K.S.; McGrew, C.; McNab, A.; Mefodiev, A.; Mehta, P.; Melas, P.; Mellinato, M.; Mena, O.; Menary, S.; Mendez, H.; Menegolli, A.; Meng, G.; Messier, M.D.; Metcalf, W.; Mewes, M.; Meyer, H.; Miao, T.; Michna, G.; Miedema, T.; Migenda, J.; Milincic, R.; Miller, W.; Mills, J.; Milne, C.; Mineev, O.; Miranda, O.G.; Miryala, S.; Mishra, C.S.; Mishra, S.R.; Mislivec, A.; Mladenov, D.; Mocioiu, I.; Moffat, K.; Moggi, N.; Mohanta, R.; Mohayai, T.A.; Mokhov, N.; Molina, J.; Bueno, L.M.; Montanari, A.; Montanari, C.; Montanari, D.; Zetina, L.M.M.; Moon, J.; Mooney, M.; Moor, A.; Moreno, D.; Morgan, B.; Morris, C.; Mossey, C.; Motuk, E.; Moura, C.A.; Mousseau, J.; Mu, W.; Mualem, L.; Mueller, J.; Muether, M.; Mufson, S.; Muheim, F.; Muir, A.; Mulhearn, M.; Muramatsu, H.; Murphy, S.; Musser, J.; Nachtman, J.; Nagu, S.; Nalbandyan, M.; Nandakumar, R.; Naples, D.; Narita, S.; Navas-Nicolás, D.; Nayak, N.; Nebot-Guinot, M.; Necib, L.; Negishi, K.; Nelson, J.K.; Nesbit, J.; Nessi, M.; Newbold, D.; Newcomer, M.; Newhart, D.; Nichol, R.; Niner, E.; Nishimura, K.; Norman, A.; Norrick, A.; Northrop, R.; Novella, P.; Nowak, J.A.; Oberling, M.; Campo, A.O.D.; Olivier, A.; Onel, Y.; Onishchuk, Y.; Ott, J.; Pagani, L.; Pakvasa, S.; Palamara, O.; Palestini, S.; Paley, J.M.; Pallavicini, M.; Palomares, C.; Pantic, E.; Paolone, V.; Papadimitriou, V.; Papaleo, R.; Papanestis, A.; Paramesvaran, S.; Parke, S.; Parsa, Z.; Parvu, M.; Pascoli, S.; Pasqualini, L.; Pasternak, J.; Pater, J.; Patrick, C.; Patrizii, L.; Patterson, R.B.; Patton, S.J.; Patzak, T.; Paudel, A.; Paulos, B.; Paulucci, L.; Pavlovic, Z.; Pawloski, G.; Payne, D.; Pec, V.; Peeters, S.J.M.; Penichot, Y.; Pennacchio, E.; Penzo, A.; Peres, O.L.G.; Perry, J.; Pershey, D.; Pessina, G.; Petrillo, G.; Petta, C.; Petti, R.; Piastra, F.; Pickering, L.; Pietropaolo, F.; Pillow, J.; Pinzino, J.; Plunkett, R.; Poling, R.; Pons, X.; • Poonthottathil, N.; Pordes, S.; Potekhin, M.; Potenza, R.; Potukuchi, B.V.K.S.; Pozimski, J.; Pozzato, M.; Prakash, S.; Prakash, T.; Prince, S.; Prior, G.; Pugnere, D.; Qi, K.; Qian, X.; Raaf, J.L.; Raboanary, R.; Radeka, V.; Rademacker, J.; Radics, B.; Rafique, A.; Raguzin, E.; Rai, M.; Rajaoalisoa, M.; Rakhno, I.; Rakotondramanana, H.T.; Rakotondravohitra, L.; Ramachers, Y.A.; Rameika, R.; Delgado, M.A.R.; Ramson, B.; Rappoldi, A.; Raselli, G.; Ratoff, P.; Ravat, S.; Razafinime, H.; Real, J.S.; Rebel, B.; Redondo, D.; Reggiani-Guzzo, M.; Rehak, T.; Reichenbacher, J.; Reitzner, S.D.; Renshaw, A.; Rescia, S.; Resnati, F.; Reynolds, A.; Riccobene, G.; Rice, L.C.J.; Rielage, K.; Rigaut, Y.; Rivera, D.; Rochester, L.; Roda, M.; Rodrigues, P.; Alonso, M.J.R.; Rondon, J.R.; Roeth, A.J.; Rogers, H.; Rosauro-Alcaraz, S.; Rossella, M.; Rout, J.; Roy, S.; Rubbia, A.; Rubbia, C.; Russell, B.; Russell, J.; Ruterbories, D.; Saakyan, R.; Sacerdoti, S.; Safford, T.; Sahu, N.; Sala, P.; Samios, N.; Sanchez, M.C.; Sanders, D.A.; Sankey, D.; Santana, S.; Santos-Maldonado, M.; Saoulidou, N.; Sapienza, P.; Sarasty, C.; Sarcevic, I.; Savage, G.; Savinov, V.; Scaramelli, A.; Scarff, A.; Scarpelli, A.; Schaffer, T.; Schellman, H.; Schlabach, P.; Schmitz, D.; Scholberg, K.; Schukraft, A.; Segreto, E.; Sensenig, J.; Seong, I.; Sergi, A.; Sergiampietri, F.; Sgalaberna, D.; Shaevitz, M.H.; Shafaq, S.; Shamma, M.; Sharma, H.R.; Sharma, R.; Shaw, T.; Shepherd-Themistocleous, C.; Shin, S.; Shooltz, D.; Shrock, R.; Simard, L.; Simos, N.; Sinclair, J.; Sinev, G.; Singh, J.; Singh, J.; Singh, V.; Sipos, R.; Sippach, F.W.; Sirri, G.; Sitraka, A.; Siyeon, K.; Smargianaki, D.; Smith, A.; Smith, A.; Smith, E.; Smith, P.; Smolik, J.; Smy, M.; Snopok, P.; Nunes, M.S.; Sobel, H.; Soderberg, M.; Salinas, C.J.S.; Söldner-Rembold, S.; Solomey, N.; Solovov, V.; Sondheim, W.E.; Sorel, M.; Soto-Oton, J.; Sousa, A.; Soustruznik, K.; Spagliardi, F.; Spanu, M.; Spitz, J.; Spooner, N.J.C.; Spurgeon, K.; Staley, R.; Stancari, M.; Stanco, L.; Steiner, H.M.; Stewart, J.; Stillwell, B.; Stock, J.; Stocker, F.; Stokes, T.; Strait, M.; Strauss, T.; Striganov, S.; Stuart, A.; Summers, D.; Surdo, A.; Susic, V.; Suter, L.; Sutera, C.M.; Svoboda, R.; Szczerbinska, B.; Szelc, A.M.; Talaga, R.; Tanaka, H.A.; Oregui, B.T.; Tapper, A.; Tariq, S.; Tatar, E.; Tayloe, R.; Teklu, A.M.; Tenti, M.; Terao, K.; Ternes, C.A.; Terranova, F.; Testera, G.; Thea, A.; Thompson, J.L.; Thorn, C.; Timm, S.C.; Tonazzo, A.; Torti, M.; Tortola, M.; Tortorici, F.; Totani, D.; Toups, M.; Touramanis, C.; Trevor, J.; Trzaska, W.H.; Tsai, Y.T.; Tsamalaidze, Z.; Tsang, K.V.; Tsverava, N.; Tufanli, S.; Tull, C.; Tyley, E.; Tzanov, M.; Uchida, M.A.; Urheim, J.; Usher, T.; Vagins, M.R.; Vahle, P.; Valdiviesso, G.A.; Valencia, E.; Vallari, Z.; Valle, J.W.F.; Vallecorsa, S.; Van Berg, R.; Van de Water, R.G.; Forero, D.V.; Varanini, F.; Vargas, D.; Varner, G.; Vasel, J.; Vasseur, G.; Vaziri, K.; Ventura, S.; Verdugo, A.; Vergani, S.; Vermeulen, M.A.; Verzocchi, M.; de Souza, H.V.; Vignoli, C.; Vilela, C.; Viren, B.; Vrba, T.; Wachala, T.; Waldron, A.V.; Wallbank, M.; Wang, H.; Wang, J.; Wang, Y.; Wang, Y.; Warburton, K.; Warner, D.; Wascko, M.; Waters, D.; Watson, A.; Weatherly, P.; Weber, A.; Weber, M.; Wei, H.; Weinstein, A.; Wenman, D.; Wetstein, M.; While, M.R.; White, A.; Whitehead, L.H.; Whittington, D.; Wilking, M.J.; Wilkinson, C.; Williams, Z.; Wilson, F.; Wilson, R.J.; Wolcott, J.; Wongjirad, T.; Wood, K.; Wood, L.; Worcester, E.; Worcester, M.; Wret, C.; Wu, W.; Wu, W.; Xiao, Y.; Yang, G.; Yang, T.; Yershov, N.; Yonehara, K.; Young, T.; Yu, B.; Yu, J.; Zaki, R.; Zalesak, J.; Zambelli, L.; Zamorano, B.; Zani, A.; Zazueta, L.; Zeller, G.P.; Zennamo, J.; Zeug, K.; Zhang, C.; Zhao, M.; Zhivun, E.; Zhu, G.; Zimmerman, E.D.; Zito, M.; Zucchelli, S.; Zuklin, J.; Zutshi, V.; Zwaska, R.
Publisher
Springer
Journal
European Physical Journal C
Book Title
Series
PubMed ID
DOI
ISSN
1434-6044
EISSN