Combined sensitivity of JUNO and KM3NeT/ORCA to the neutrino mass ordering

• Main Authors: Aiello, S., Albert, A., Alshamsi, M., Garre, S. Alves, Aly, Z., Ambrosone, A., Ameli, F., Andre, M., Androulakis, G., Anghinolfi, M., Anguita, M., Ardid, M., Ardid, S., Aublin, J., Bagatelas, C., Baret, B., Pree, S. Basegmez du, Bendahman, M., Benfenati, F., Berbee, E., Berg, A. M. Van Den, Bertin, V., Biagi, S., Boettcher, M., Cabo, M. Bou, Boumaaza, J., Bouta, M., Bouwhuis, M., Bozza, C., Brânzaş, H., Bruijn, R., Brunner, J., Bruno, R., Buis, E., Buompane, R., Busto, J., Caiffi, B., Calvo, D., Campion, S., Capone, A., Carretero, V., Castaldi, P., Celli, S., Chabab, M., Chau, N., Chen, A., Cherubini, S., Chiarella, V., Chiarusi, T., Circella, M.
• Other Authors: 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)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Institut Universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan (CENBG), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (IJCLab), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées (SUBATECH), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom Paris (IMT)-Institut Mines-Télécom Paris (IMT)
• Format: Report
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2021
• Subjects: [PHYS.HEXP]Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex]; Orca
• Online Access: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03376783

24 pages, 9 figures This article presents the potential of a combined analysis of the JUNO and KM3NeT/ORCA experiments to determine the neutrino mass ordering. This combination is particularly interesting as it significantly boosts the potential of either detector, beyond simply adding their neutrino mass ordering sensitivities, by removing a degeneracy in the determination of $\Delta m_{31}^2$ between the two experiments when assuming the wrong ordering. The study is based on the latest projected performances for JUNO, and on simulation tools using a full Monte Carlo approach to the KM3NeT/ORCA response with a careful assessment of its energy systematics. From this analysis, a $5\sigma$ determination of the neutrino mass ordering is expected after 6 years of joint data taking for any value of the oscillation parameters. This sensitivity would be achieved after only 2 years of joint data taking assuming the current global best-fit values for those parameters for normal ordering.