Published May 1, 2017 | Version v1
Publication Open

Intrinsic limits on resolutions in muon- and electron-neutrino charged-current events in the KM3NeT/ORCA detector

Creators

  • 1. Universitat Politècnica de València
  • 2. Centre National de la Recherche Scientifique
  • 3. Aix-Marseille Université
  • 4. INFN Sezione di Catania
  • 5. Université de Haute-Alsace
  • 6. Université de Strasbourg
  • 7. INFN Sezione di Roma I
  • 8. National and Kapodistrian University of Athens
  • 9. Cidete (Spain)
  • 10. Universitat Politècnica de Catalunya
  • 11. Institute of Nuclear and Particle Physics
  • 12. National Centre of Scientific Research "Demokritos"
  • 13. INFN Sezione di Genova
  • 14. Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
  • 15. Université Paris Cité
  • 16. Sorbonne Paris Cité
  • 17. Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers
  • 18. Délégation Paris 7
  • 19. Atomic Energy and Alternative Energies Commission
  • 20. INFN Sezione di Napoli
  • 21. INFN Sezione di Bari
  • 22. Polytechnic University of Bari
  • 23. Instituto de Física Corpuscular
  • 24. Universitat de València
  • 25. National Institute for Subatomic Physics
  • 26. University of Groningen
  • 27. INFN Sezione di Pisa
  • 28. Laboratori Nazionali del Sud
  • 29. Hellenic Open University
  • 30. University of Salerno
  • 31. University of Amsterdam
  • 32. Netherlands Organisation for Applied Scientific Research
  • 33. Institute of Space Science
  • 34. INFN Sezione di Bologna
  • 35. Gran Sasso Science Institute
  • 36. National Laboratory of Frascati
  • 37. Universidad de Granada
  • 38. Mohamed I University
  • 39. University of Würzburg
  • 40. Fischer (Germany)
  • 41. Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules

Description

Studying atmospheric neutrino oscillations in the few-GeV range with a multimegaton detector promises to determine the neutrino mass hierarchy. This is the main science goal pursued by the future KM3NeT/ORCA water Cherenkov detector in the Mediterranean Sea. In this paper, the processes that limit the obtainable resolution in both energy and direction in charged-current neutrino events in the ORCA detector are investigated. These processes include the composition of the hadronic fragmentation products, the subsequent particle propagation and the photon-sampling fraction of the detector. GEANT simulations of neutrino interactions in seawater produced by GENIE are used to study the effects in the 1 - 20 GeV range. It is found that fluctuations in the hadronic cascade in conjunction with the variation of the inelasticity y are most detrimental to the resolutions. The effect of limited photon sampling in the detector is of significantly less importance. These results will therefore also be applicable to similar detectors/media, such as those in ice.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعد دراسة تذبذبات النيوترينو في الغلاف الجوي في نطاق GeV القليل باستخدام كاشف متعدد الميجا طن بتحديد التسلسل الهرمي لكتلة النيوترينو. هذا هو الهدف العلمي الرئيسي الذي يسعى إليه كاشف KM3NeT/ORCA water Cherenkov المستقبلي في البحر الأبيض المتوسط. في هذه الورقة، يتم التحقيق في العمليات التي تحد من الدقة التي يمكن الحصول عليها في كل من الطاقة والاتجاه في أحداث النيوترينو المشحونة الحالية في كاشف أوركا. وتشمل هذه العمليات تكوين منتجات التجزئة الهادرونية، وانتشار الجسيمات اللاحق وجزء أخذ عينات الفوتون من الكاشف. تُستخدم محاكاة GEANT لتفاعلات النيوترينو في مياه البحر التي تنتجها جيني لدراسة التأثيرات في نطاق 1 - 20 GeV. وجد أن التقلبات في سلسلة هادرونيك بالتزامن مع تباين عدم المرونة ذ هي الأكثر ضررا على القرارات. تأثير أخذ عينات الفوتونات المحدودة في الكاشف أقل أهمية بكثير. لذلك ستكون هذه النتائج قابلة للتطبيق أيضًا على أجهزة الكشف/الوسائط المماثلة، مثل تلك الموجودة في ICE.

Translated Description (French)

L'étude des oscillations des neutrinos atmosphériques dans la gamme de quelques GeV avec un détecteur de plusieurs mégatonnes promet de déterminer la hiérarchie des masses de neutrinos. C'est le principal objectif scientifique poursuivi par le futur détecteur d'eau KM3NeT/ORCA Cherenkov en mer Méditerranée. Dans cet article, les processus qui limitent la résolution pouvant être obtenue à la fois en énergie et en direction dans les événements de neutrinos à courant chargé dans le détecteur ORCA sont étudiés. Ces processus comprennent la composition des produits de fragmentation hadronique, la propagation ultérieure des particules et la fraction d'échantillonnage des photons du détecteur. Les simulations GEANT des interactions neutrino dans l'eau de mer produites par GENIE sont utilisées pour étudier les effets dans la gamme 1 - 20 GeV. On constate que les fluctuations de la cascade hadronique en conjonction avec la variation de l'inélasticité y sont les plus préjudiciables aux résolutions. L'effet d'un échantillonnage limité de photons dans le détecteur est significativement moins important. Ces résultats seront donc également applicables à des détecteurs/milieux similaires, tels que ceux dans la glace.

Translated Description (Spanish)

El estudio de las oscilaciones atmosféricas de neutrinos en el rango de pocos GeV con un detector multimegatón promete determinar la jerarquía de masas de neutrinos. Este es el principal objetivo científico que persigue el futuro detector Cherenkov de agua KM3NeT/ORCA en el mar Mediterráneo. En este trabajo se investigan los procesos que limitan la resolución obtenible tanto en energía como en dirección en eventos de neutrinos de corriente cargada en el detector ORCA. Estos procesos incluyen la composición de los productos de fragmentación hadrónica, la posterior propagación de partículas y la fracción de muestreo de fotones del detector. Las simulaciones GEANT de las interacciones de neutrinos en el agua de mar producidas por GENIE se utilizan para estudiar los efectos en el rango de 1 - 20 GeV. Se encuentra que las fluctuaciones en la cascada hadrónica junto con la variación de la inelasticidad y son más perjudiciales para las resoluciones. El efecto del muestreo limitado de fotones en el detector es significativamente menos importante. Por lo tanto, estos resultados también serán aplicables a detectores/medios similares, como los de ICE.

Files

10.1007%2FJHEP05%282017%29008.pdf.pdf

Files (1.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:91e9f1e504b69e6375865a57041c4cea
1.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الحدود الجوهرية للدقة في أحداث التيار المشحون بالميون والإلكترون والنيوترينو في كاشف KM3NeT/ORCA
Translated title (French)
Limites intrinsèques des résolutions dans les événements de courant chargé de neutrinos de muons et d'électrons dans le détecteur KM3NeT/ORCA
Translated title (Spanish)
Límites intrínsecos en las resoluciones en eventos de corriente cargada de muones y electrones-neutrinos en el detector KM3NeT/ORCA

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2567461543
DOI
10.1007/jhep05(2017)008

Is supplement to
https://openalex.org/W4245596143 (Other)
https://openalex.org/W4230744697 (Other)
https://openalex.org/W3158354697 (Other)
https://openalex.org/W2806910436 (Other)
https://openalex.org/W2752444423 (Other)
https://openalex.org/W2299768371 (Other)
https://openalex.org/W2085656538 (Other)
https://openalex.org/W2050781280 (Other)
https://openalex.org/W2009077275 (Other)
https://openalex.org/W1995249813 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Morocco

References

  • https://openalex.org/W1762880587
  • https://openalex.org/W2054936929
  • https://openalex.org/W2064365774
  • https://openalex.org/W2071603250
  • https://openalex.org/W2075007300
  • https://openalex.org/W2100981094
  • https://openalex.org/W2102653958
  • https://openalex.org/W2112685448
  • https://openalex.org/W2113804655
  • https://openalex.org/W2162640297
  • https://openalex.org/W2163097950
  • https://openalex.org/W2173527802
  • https://openalex.org/W2193072848
  • https://openalex.org/W2242145672
  • https://openalex.org/W2258584306
  • https://openalex.org/W2265908594
  • https://openalex.org/W3097364771
  • https://openalex.org/W3098236562
  • https://openalex.org/W3098599709
  • https://openalex.org/W4292322877