The mass-hierarchy and CP-violation discovery reach of the LBNO long-baseline neutrino experiment
Springer, 2014
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The next generation neutrino observatory proposed by the LBNO collaboration will address fundamental questions in particle and astroparticle physics. The experiment consists of a far detector, in its first stage a 20 kt LAr double phase TPC and a magnetised iron calorimeter, situated at 2300 km from CERN and a near detector based on a high-pressure argon gas TPC. The long baseline provides a unique opportunity to study neutrino flavour oscillations over their 1st and 2nd oscillation maxima exploring the $L/E$ behaviour, and distinguishing effects arising from $\delta_{CP}$ and matter. In this paper we have reevaluated the physics potential of this setup for determining the mass hierarchy (MH) and discovering CP-violation (CPV), using a conventional neutrino beam from the CERN SPS with a power of 750 kW. We use conservative assumptions on the knowledge of oscillation parameter priors and systematic uncertainties. The impact of each systematic error and the precision of oscillation prior is shown. We demonstrate that the first stage of LBNO can determine unambiguously the MH to $>5\sigma$C.L. over the whole phase space. We show that the statistical treatment of the experiment is of very high importance, resulting in the conclusion that LBNO has $\sim$ 100% probability to determine the MH in at most 4-5 years of running. Since the knowledge of MH is indispensable to extract $\delta_{CP}$ from the data, the first LBNO phase can convincingly give evidence for CPV on the $3\sigma$C.L. using today's knowledge on oscillation parameters and realistic assumptions on the systematic uncertainties.
Comment: 35 pages, 22 figures, added authors
| Titel: |
The mass-hierarchy and CP-violation discovery reach of the LBNO long-baseline neutrino experiment
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| Autor/in / Beteiligte Person: | Nikolics, K. ; Narita, S. ; Duchesneau, D. ; Lagoda, J. ; Dawson, J.V. ; Stoica, S. ; Ratoff, P. N. ; Matveev, V. A. ; Brancus, I.M. ; Still, B. ; Calviani, Marco ; Efthymiopoulos, Ilias ; Bandac, I. ; Bésida, O. ; Saviano, Ninetta ; Viant, T. ; Campanelli, Mario ; Mavrokoridis, K. ; Caretta, O. ; Mercadante, A. ; Steerenberg, R. ; Maalampi, Jukka ; Catanesi, M. G. ; Autiero, D. ; S. Di Luise ; Nguyen, K. ; Haug, Sigve ; Wiebusch, Christopher ; Martin-Mari, C. ; Blebea-Apostu, A.M. ; Galymov, V. ; M. A.M. Rayner ; Rubbia, André ; Emery, S. ; Scantamburlo, E. ; Hasegawa, T. ; Loo, K. K. ; F. Di Lodovico ; Mineev, Oleg ; Spooner, N. J. C. ; Lazanu, Ionel ; Gornushkin, Y. A. ; Ballett, P. ; Kudenko, Yu. G. ; Sarkamo, J. ; Wu, S. ; Ravonel, M. ; Zalipska, J. ; Zito, M. ; Kainulainen, Kimmo ; Tonazzo, A. ; Khabibullin, M. M. ; Vorobyev, A. ; Erykalov, A. 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N. ; Tsenov, R. ; Cervera, A. ; Karadzhov, Y. ; Iain Alexander Bertram ; Hissa, J. ; Bogomilov, M. ; Chakraborty, Sanjukta ; Huitu, Katri ; Stahl, Achim ; P. Del Amo Sanchez ; Cantini, C. ; Grant, N. ; Lévy, J.-M. ; Franco, D. ; Agostino, L. ; Payne, D. ; Haesler, A. ; Suvorov, V. ; Cata-Danil, G. ; Berardi, Vincenzo ; Sanjib Kumar Agarwalla ; Noah, Etam ; Morgan, B. ; Calin, M. ; Ariga, Tomoko ; Buizza-Avanzini, M. ; Robert, Arnaud ; Vasseur, G. ; Nesterenko, Dmitrii ; Blondel, A. ; Velten, P. ; Gomoiu, Claudia ; Kawada, Jiro ; I. De Bonis ; Bartmann, W. ; Wark, D. L. ; Aittola, M. ; Wilson, J. R. ; Kokko, E. ; Banerjee, Debjyoti ; Cafagna, F. ; Sakashita, Ken ; Velotti, Francesco ; Vacheret, Antonin ; Alekou, A. ; Virtanen, Ari ; Kormos, L. L. ; Pistillo, C. ; Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies (LPNHE) ; Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ; Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL) ; Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL) ; Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ; Laboratoire Leprince-Ringuet (LLR) ; Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ; Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules (LAPP/Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique des Particules) ; Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3) ; Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU) ; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay ; University of Helsinki, Department of Physics ; University of Helsinki, Helsinki Institute of Physics ; University of Helsinki, Helsinki Institute of Physics (HIP) (-2009) ; AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164)) ; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ; Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules (LAPP) ; Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ; Asfandiyarov, Ruslan ; Blondel, Alain ; Bravar, Alessandro ; Haesler, Alexis ; Karadzhov, Yordan Ivanov ; Korzenev, Alexander ; Martin Mari, Carlos ; Noah Messomo, Etam Albert ; Ravonel Salzgeber, Melody ; Rayner, Mark ; Scantamburlo, Enrico ; Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3) ; Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC) ; Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL) ; Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3) ; Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École polytechnique (X)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3) ; Palladino, Vittorio |
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| Veröffentlichung: | Springer, 2014 |
| Medientyp: | unknown |
| ISSN: | 1126-6708 (print) ; 1029-8479 (print) |
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