Publication Date

4-1-2022

Document Type

Article

Publication Title

Physical Review D

Volume

105

Issue

7

DOI

10.1103/PhysRevD.105.072006

Abstract

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-calendar years (kt-MW-CY), where calendar years include an assumption of 57% accelerator uptime based on past accelerator performance at Fermilab. 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 4σ (5σ) level with a 66 (100) kt-MW-CY far detector exposure, and has the ability to make strong statements at significantly shorter exposures depending on the true value of other oscillation parameters, with a median sensitivity of 3σ for almost all true δCP values after only 24 kt-MW-CY. We also show that DUNE has the potential to make a robust measurement of CPV at a 3σ level with a 100 kt-MW-CY exposure for the maximally CP-violating values δCP=±π/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.

Funding Number

DE-AC02-07CH11359

Funding Sponsor

National Science Foundation

Comments

Full author list: 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, N. Anfimov, A. Ankowski, M. Antoniassi, M. Antonova, A. Antoshkin, S. Antusch, A. Aranda-Fernandez, 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. Barao, G. Barenboim, G. J. Barker, W. Barkhouse, C. Barnes, G. Barr, J. Barranco Monarca, A. Barros, N. Barros, J. L. Barrow, A. Basharina-Freshville, A. Bashyal, V. Basque, E. Belchior, J. B. R. 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. Bento 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, K. Biery, B. Bilki, M. Bishai, A. Bitadze, A. Blake, F. D. M. Blaszczyk, G. C. 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. Caro 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, R. 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, M. Delgado, A. Dell’Acqua, P. De Lurgio, J. R. T. de Mello Neto, D. M. DeMuth, S. Dennis, 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, P. Ding, 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, H. 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, E. Ewart, A. C. Ezeribe, K. Fahey, A. Falcone, M. Fani’, C. Farnese, Y. Farzan, D. Fedoseev, J. Felix, Y. Feng, E. Fernandez-Martinez, P. Fernandez Menendez, M. Fernandez Morales, F. Ferraro, L. Fields, P. Filip, F. Filthaut, A. Fiorentini, M. Fiorini, 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, A. Friedland, 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. Gandrajula, F. Gao, S. Gao, D. Garcia-Gamez, M. Á. García-Peris, S. Gardiner, D. Gastler, J. Gauvreau, G. Ge, N. Geffroy, B. Gelli, A. Gendotti, S. Gent, Z. Ghorbani-Moghaddam, P. Giammaria, T. Giammaria, D. Gibin, I. Gil-Botella, S. Gilligan, C. Girerd, A. K. Giri, D. Gnani, O. Gogota, M. Gold, S. Gollapinni, K. Gollwitzer, R. A. Gomes, L. V. Gomez Bermeo, L. S. Gomez Fajardo, F. Gonnella, J. A. Gonzalez-Cuevas, D. Gonzalez-Diaz, M. Gonzalez-Lopez, M. C. Goodman, O. Goodwin, S. 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. Guffanti, A. Guglielmi, B. Guo, V. Gupta, K. K. Guthikonda, R. Gutierrez, P. Guzowski, M. M. Guzzo, S. Gwon, C. Ha, A. Habig, H. 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, M. He, A. Heavey, K. M. Heeger, J. Heise, S. Henry, M. A. Hernandez Morquecho, K. Herner, J. Hewes, T. Hill, S. J. Hillier, A. Himmel, E. Hinkle, L. R. Hirsch, J. Ho, J. Hoff, A. Holin, E. Hoppe, G. A. Horton-Smith, M. Hostert, A. Hourlier, B. Howard, R. Howell, I. Hristova, M. S. Hronek, J. Huang, G. Iles, N. Ilic, A. 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, D. Jena, Y. S. Jeong, C. Jesús-Valls, X. Ji, L. Jiang, S. Jiménez, A. Jipa, R. Johnson, N. Johnston, B. Jones, S. B. Jones, M. Judah, C. K. Jung, T. Junk, Y. Jwa, M. Kabirnezhad, A. Kaboth, I. Kadenko, 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. 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. A. Kostelecký, K. Kothekar, L. Kreczko, F. Krennrich, I. Kreslo, W. Kropp, Y. Kudenko, V. A. Kudryavtsev, S. Kulagin, J. Kumar, P. Kumar, R. 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, G. Lehmann Miotto, 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, S. Lin, R. A. Lineros, J. Ling, A. Lister, B. R. Littlejohn, J. Liu, S. Lockwitz, 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, E. 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, V. N. 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. M. Marshall, J. Marshall, J. Marteau, J. Martin-Albo, N. Martinez, D. A. Martinez 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, T. 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. Montano 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, J. Nesbit, M. Nessi, D. Newbold, M. Newcomer, D. Newhart, H. Newton, R. Nichol, F. Nicolas-Arnaldos, E. Niner, K. Nishimura, A. Norman, A. Norrick, R. Northrop, P. Novella, J. A. 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, R. Papaleo, A. Papanestis, S. Paramesvaran, S. Parke, E. Parozzi, Z. Parsa, M. Parvu, S. Pascoli, L. Pasqualini, J. Pasternak, J. 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. Pugnere, 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. A. Ramachers, R. Rameika, M. A. Ramirez Delgado, B. Ramson, A. Rappoldi, G. Raselli, P. 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, C. 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. Sanchez, V. Sandberg, D. A. Sanders, D. Sankey, S. Santana, M. Santos-Maldonado, N. Saoulidou, P. Sapienza, C. Sarasty, I. Sarcevic, G. Savage, V. Savinov, A. Scaramelli, A. Scarff, A. Scarpelli, H. Schellman, S. 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, T. Shaw, C. Shepherd-Themistocleous, A. Sheshukov, S. Shin, I. Shoemaker, D. Shooltz, R. Shrock, H. Siegel, L. Simard, F. Simon, 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. Soderberg, S. Sokolov, C. J. Solano Salinas, S. Söldner-Rembold, S. R. Soleti, N. Solomey, V. Solovov, W. E. Sondheim, 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. 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, Y. Wang, K. Warburton, D. Warner, M. O. Wascko, D. Waters, A. Watson, P. Weatherly, A. Weber, M. Weber, H. Wei, A. Weinstein, D. Wenman, M. Wetstein, A. White, L. H. Whitehead, D. Whittington, M. J. Wilking, C. Wilkinson, Z. Williams, F. Wilson, R. J. Wilson, W. Wisniewski, J. Wolcott, T. Wongjirad, A. Wood, K. Wood, E. Worcester, M. Worcester, C. Wret, W. Wu, 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, H. Yu, J. Yu, W. Yuan, R. Zaki, J. Zalesak, 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, and R. Zwaska

Creative Commons License

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

Department

Physics and Astronomy

Download

Share

COinS