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

• Published in: Journal of High Energy Physics
• 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., Cocimano, R., Coelho, J. A. B., Coleiro, A., Molla, M. Colomer, Coniglione, R., Coyle, P., Creusot, A., Cruz, A., Cuttone, G., Dallier, R., de Martino, B., Di Palma, I., Díaz, A. F., Diego-Tortosa, D., Distefano, C., Domi, A., Donzaud, C., Dornic, D., Dörr, M., Drouhin, D., Eberl, T., Eddyamoui, A., van Eeden, T., van Eijk, D., Bojaddaini, I. El, Enzenhöfer, A., Espinosa, V., Fermani, P., Ferrara, G., Filipovic, M. D., Filippini, F., Fusco, L. A., Gal, T., Méndez, J. García, Soto, A. Garcia, Garufi, F., Gatelet, Y., Gatius, C., Geisselbrecht, N., Gialanella, L., Giorgio, E., Gozzini, S. R., Gracia, R., Graf, K., Grella, G., Guderian, D., Guidi, C., Guillon, B., Gutiérrez, M., Haefner, J., Hallmann, S., Hamdaoui, H., van Haren, H., Heijboer, A., Hekalo, A., Hennig, L., Hernández-Rey, J. J., Hofestädt, J., Huang, F., Ibnsalih, W. Idrissi, Illuminati, G., James, C. W., de Jong, M., de Jong, P., Jung, B. J., Kalaczynski, P., Kalekin, O., Katz, U. F., Chowdhury, N. R. Khan, Kistauri, G., van Der Knaap, F., Kooijman, P., Kouchner, A., Kulikovskiy, V., Labalme, M., Lahmann, R., Lamoureux, M., Larosa, G., Lastoria, C., Lazo, A., Breton, R. Le, Stum, S. Le, Lehaut, G., Leonardi, O., Leone, F., Leonora, E., Lessing, N., Levi, G., Lincetto, M., Clark, M. Lindsey, Lipreau, T., Alvarez, C. Llorens, Longhitano, F., Lopez-Coto, D., Lygda, A., Maderer, L., Majumdar, J., Mańczak, J., Margiotta, A., Marinelli, A., Markou, C., Martin, L., Martínez-Mora, J. A., Martini, A., Marzaioli, F., Mastroianni, S., Melis, K. W., Miele, G., Migliozzi, P., Migneco, E., Mijakowski, P., Miranda, L. S., Mollo, C. M., Moser, M., Moussa, A., Muller, R., Musumeci, M., Nauta, L., Navas, S., Nicolau, C. A., Nkosi, B., Fearraigh, B. Ó, O'Sullivan, M., Organokov, M., Orlando, A., González, J. Palacios, Papalashvili, G., Papaleo, R., Păun, A. M., Păvălaş, G. E., Pellegrino, C., Perrin-Terrin, M., Pestel, V., Piattelli, P., Pieterse, C., Pisanti, O., Poirè, C., Popa, V., Pradier, T., Probst, I., Pulvirenti, S., Quéméner, G., Randazzo, N., Razzaque, S., Real, D., Reck, S., Riccobene, G., Romanov, A., Rovelli, A., Greus, F. Salesa, Samtleben, D. F. E., Losa, A. Sánchez, Sanguineti, M., Santonocito, D., Sapienza, P., Schnabel, J., Schneider, M. F., Schumann, J., Schutte, H. M., Seneca, J., Sgura, I., Shanidze, R., Sharma, A., Sinopoulou, A., Spisso, B., Spurio, M., Stavropoulos, D., Stellacci, S. M., Taiuti, M., Tayalati, Y., Thiersen, H., Tingay, S., Tsagkli, S., Tsourapis, V., Tzamariudaki, E., Tzanetatos, D., van Elewyck, V., Vasileiadis, G., Versari, F., Vivolo, D., de Wasseige, G., Wilms, J., Wojaczyński, R., de Wolf, E., Yousfi, T., Zavatarelli, S., Zegarelli, A., Zito, D., Zornoza, J. D., Zúñiga, J., Zywucka, N., Ahmad, S., Athayde Marcondes de André, João Pedro, Baussan, E., Bordereau, C., Cabrera, A., Cerna, C., Donchenko, G., Doroshkevich, E. A., Dracos, Marcos, Druillole, F., Jollet, C., Kalousis, L. N., Kampmann, P., Kouzakov, K., Lokhov, A., Lubsandorzhiev, B. K., Lubsandorzhiev, S. B., Meregaglia, A., Miramonti, L., Perrot, F., Rico, L. F. Piñeres, Popov, A., Rasheed, R., Settimo, M., Stankevich, K., Steiger, H., Stock, M. R., Studenikin, A., Triossi, A., Trzaska, W., Vialkov, M., Wonsak, B., Wurtz, J., Yermia, F.
• Other Authors: Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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 Paris Cité (UPCité), Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM), Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées (SUBATECH), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom Paris (IMT)-Institut Mines-Télécom Paris (IMT)-Nantes université - UFR des Sciences et des Techniques (Nantes univ - UFR ST), Nantes Université - pôle Sciences et technologie, Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - pôle Sciences et technologie, Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ), Laboratoire de physique corpusculaire de Caen (LPCC), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan (CENBG), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-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), ANR-18-IDEX-0001,Université de Paris,Université de Paris(2018), ANR-15-CE31-0020,DAEMONS,Démonstration de la possibilité d'établir l'ordonnancement des masses de neutrinos dans la mer(2015), ANR-10-LABX-0023,UnivEarthS,Earth - Planets - Universe: observation, modeling, transfer(2010)
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2022
• Subjects: Neutrino Detectors and Telescopes (experiments); Oscillation; [PHYS.HEXP]Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex]; Orca
• Online Access: https://hal.science/hal-03376783; https://hal.science/hal-03376783/document; https://hal.science/hal-03376783/file/JHEP03%282022%29055.pdf; https://doi.org/10.1007/JHEP03(2022)055

24 pages, 9 figures International audience 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.