Impact of cross-section uncertainties on supernova neutrino spectral parameter fitting in the Deep Underground Neutrino Experiment

Autor: Abed Abud, A., Abi, B., Acciarri, R., Acero, M.A., Adames, M.R., Adamov, G., Adamowski, M., Adams, D., Adinolfi, M., Adriano, C., Aduszkiewicz, A., Aguilar, J., Ahmad, Z., Ahmed, J., Aimard, B., Akbar, F., Allison, K., Alonso Monsalve, S., Alrashed, M., Alton, A., Alvarez, R., Amedo, P., Anderson, J., Andrade, D.A., Andreopoulos, C., Andreotti, M., Andrews, M.P., Andrianala, F., Andringa, S., Anfimov, N., Campanelli, W.L. Anicézio, Ankowski, A., Antoniassi, M., Antonova, M., Antoshkin, A., Aranda-Fernandez, A., Arellano, L., Arnold, L.O., Arroyave, M.A., Asaadi, J., Ashkenazi, A., Asquith, L., Atkin, E., Auguste, D., Aurisano, A., Aushev, V., Autiero, D., Ayala-Torres, M., Azfar, F., Back, A., Back, H., Back, J.J., Bagaturia, I., Bagby, L., Balashov, N., Balasubramanian, S., Baldi, P., Baldini, W., Baller, B., Bambah, B., Banerjee, R., Barao, F., Barenboim, G., Barham Alzás, P., Barker, G.J., Barkhouse, W., Barnes, C., Barr, G., Monarca, J. 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López, Lord, T., LoSecco, J.M., Louis, W.C., Lu, X.-G., Luk, K.B., Lunday, B., Luo, X., Luppi, E., Lux, T., Maalmi, J., MacFarlane, D., Machado, A.A., Machado, P., Macias, C.T., Macier, J.R., MacMahon, M., Maddalena, A., Madera, A., Madigan, P., Magill, S., Magueur, C., Mahn, K., Maio, A., Major, A., Majumdar, K., Maloney, J.A., Man, M., Mandrioli, G., Mandujano, R.C., Maneira, J., Manenti, L., Manly, S., Mann, A., Manolopoulos, K., Plata, M. Manrique, Corchado, S. Manthey, Manyam, V.N., Marchan, M., Marchionni, A., Marciano, W., Marfatia, D., Mariani, C., Maricic, J., Marinho, F., Marino, A.D., Markiewicz, T., Marsden, D., Marshak, M., Marshall, C.M., Marshall, J., Marteau, J., Martín-Albo, J., Martinez, N., Martinez Caicedo, D.A., López, F. Martínez, Miravé, P. Martínez, Martynenko, S., Mascagna, V., Mason, K., Massari, C., Mastbaum, A., Matichard, F., Matsuno, S., Matthews, J., Mauger, C., Mauri, N., Mavrokoridis, K., Mawby, I., Mazza, R., Mazzacane, A., McAskill, T., McCluskey, E., McConkey, N., McFarland, K.S., McGrew, C., McNab, A., Mefodiev, A., Mehta, P., Melas, P., Mena, O., Mendez, H., Mendez, P., Méndez, D.P., Menegolli, A., Meng, G., Messier, M.D., Metcalf, W., Mewes, M., Meyer, H., Miao, T., Michna, G., Mikola, V., Milincic, R., Miller, G., Miller, W., Mills, J., Mineev, O., Minotti, A., Miranda, O.G., Miryala, S., Miscetti, S., Mishra, C.S., Mishra, S.R., Mislivec, A., Mitchell, M., Mladenov, D., Mocioiu, I., Moffat, K., Mogan, A., Moggi, N., Mohanta, R., Mohayai, T.A., Mokhov, N., Molina, J., Bueno, L. Molina, Montagna, E., Montanari, A., Montanari, C., Montanari, D., Montanino, D., Montaño Zetina, L.M., Moon, S.H., Mooney, M., Moor, A.F., Moreno, D., Morescalchi, L., Moretti, D., Morris, C., Mossey, C., Mitchell Mote, Motuk, E., Moura, C.A., Mousseau, J., Mouster, G., Mu, W., Mualem, L., Mueller, J., Muether, M., Muheim, F., Muir, A., Mulhearn, M., Munford, D., Munteanu, L.J., Muramatsu, H., Muraz, J., Murphy, M., Murphy, T., Musser, J., Nachtman, J., Nagai, Y., Nagu, S., Nalbandyan, M., Nandakumar, R., Naples, D., Narita, S., Nath, A., Navrer-Agasson, A., Nayak, N., Nebot-Guinot, M., Negishi, K., Nehm, A., Nelson, J.K., Nelson, M., Nesbit, J., Nessi, M., Newbold, D., Newcomer, M., Newton, H., Nichol, R., Nicolas-Arnaldos, F., Nikolica, A., Nikolov, J., Niner, E., Nishimura, K., Norman, A., Norrick, A., Novella, P., Nowak, J.A., Oberling, M., Ochoa-Ricoux, J.P., Olivier, A., Olshevskiy, A., Olson, T., Onel, Y., Onishchuk, Y., Oranday, A., Ormachea, L. Otiniano, Ott, J., Pagani, L., Palacio, G., Palamara, O., Palestini, S., Paley, J.M., Pallavicini, M., Palomares, C., Pan, S., Panduro Vazquez, W., Pantic, E., Paolone, V., Papadimitriou, V., Papaleo, R., Papanestis, A., Paramesvaran, S., Paris, A., Parke, S., Parozzi, E., Parsa, S., Parsa, Z., Parveen, S., Parvu, M., Pasciuto, D., Pascoli, S., Pasqualini, L., Pasternak, J., Pater, J., Patrick, C., Patrizii, L., Patterson, R.B., Patton, S.J., Patzak, T., Paudel, A., Paulucci, L., Pavlovic, Z., Pawloski, G., Payne, D., Pec, V., Peeters, S.J.M., Perez, A. Pena, Pennacchio, E., Penzo, A., Peres, O.L.G., Perez Gonzalez, Y.F., Pérez-Molina, L., Pernas, C., Perry, J., Pershey, D., Pessina, G., Petrillo, G., Petta, C., Petti, R., Valerio Pia, Pickering, L., Pietropaolo, F., Pimentel, V.L., Pinaroli, G., Plows, K., Plunkett, R., Pollack, C., Pollman, T., Pompa, F., Pons, X., Poonthottathil, N., Poppi, F., Pordes, S., Porter, J., Potekhin, M., Potenza, R., Potukuchi, B.V.K.S., Pozimski, J., Pozzato, M., Prakash, S., Prakash, T., Pratt, C., Prest, M., Psihas, F., Pugnere, D., Qian, X., Raaf, J.L., Radeka, V., Rademacker, J., Radev, R., Radics, B., Rafique, A., Raguzin, E., Rai, M., Rajaoalisoa, M., Rakhno, I., Rakotondravohitra, L., Rameika, R., Ramirez Delgado, Manuel Alejandro, Ramson, B., Rappoldi, A., Raselli, G., Ratoff, P., Ray, R., Razafinime, H., Razakamiandra, R.F., Rea, E.M., Real, J.S., Rebel, B., Rechenmacher, R., Reggiani-Guzzo, M., Reichenbacher, J., Reitzner, S.D., Sfar, H. 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Rodriguez, Rodriguez Rondon, J., Rosauro-Alcaraz, S., Rosier, P., Rossella, M., Rossi, M., Ross-Lonergan, M., Rout, J., Roy, P., Rubbia, C., Ruiz Ferreira, G., Russell, B., Ruterbories, D., Rybnikov, A., Saa-Hernandez, A., Saakyan, R., Sacerdoti, S., Sahoo, S.K., Sahu, N., Sala, P., Samana, A.R., Samios, N., Samoylov, O., Sanchez, M.C., Sanchez-Lucas, P., Sandberg, V., Sanders, D.A., Sankey, D., Santoro, D., Saoulidou, N., Sapienza, P., Sarasty, C., Sarcevic, I., Sarra, I., Savage, G., Savinov, V., Scanavini, G., Scaramelli, A., Scarff, A., Scarpelli, A., Schefke, T., Schellman, H., Schifano, S., Schlabach, P., Schmitz, D., Schneider, A.W., Scholberg, K., Schukraft, A., Segreto, E., Selyunin, A., Senise, C.R., Sensenig, J., Shaevitz, M.H., Shafaq, S., Shaker, F., Shanahan, P., Sharma, H.R., Kumar, R., Sharma, Rahul, Sharma, Rajeev, Shaw, K., Shaw, T., Shchablo, K., Shepherd-Themistocleous, C., Sheshukov, A., Shi, W., Shin, S., Shoemaker, I., Shooltz, D., Shrock, R., Siddi, B., Silber, J., Simard, L., Sinclair, J., Sinev, G., Singh, Jaydip, Singh, J., Singh, L., Singh, P., Singh, V., Chauhan, S. Singh, Sipos, R., Sironneau, C., Sirri, G., Siyeon, K., Skarpaas, K., Smith, E., Smith, P., Smolik, J., Smy, M., Snider, E.L., Snopok, P., Snowden-Ifft, D., Soares Nunes, M., Sobel, H., Soderberg, M., Sokolov, S., Solano Salinas, C.J., Söldner-Rembold, S., Soleti, S.R., Solomey, N., Solovov, V., Sondheim, W.E., Sorel, M., Sotnikov, A., Soto-Oton, J., Sousa, A., Soustruznik, K., Spagliardi, F., Spanu, M., Spitz, J., Spooner, N.J.C., Spurgeon, K., Stalder, D., Stancari, M., Stanco, L., Steenis, J., Stein, R., Steiner, H.M., Steklain Lisbôa, A.F., Stepanova, A., Stewart, J., Stillwell, B., Stock, J., Stocker, F., Stokes, T., Strait, M., Strauss, T., Strigari, L., Stuart, A., Suarez, J.G., Subash, J., Surdo, A., Suter, L., Sutera, C.M., Sutton, K., Suvorov, Y., Svoboda, R., Swain, S.K., Szczerbinska, B., Szelc, A.M., Taffara, A., Talukdar, N., Tamara, J., Tanaka, H.A., Tang, S., Taniuchi, N., Tapia Oregui, B., Tapper, A., Tariq, S., Tarpara, E., Tatar, E., Tayloe, R., Teklu, A.M., Tennessen, P., Tenti, M., Terao, K., Terranova, F., Testera, G., Thakore, T., Thea, A., Thompson, A., Thorn, C., Timm, S.C., Tishchenko, V., Todorović, N., Tomassetti, L., Tonazzo, A., Torbunov, D., Torti, M., Tortola, M., Tortorici, F., Tosi, N., Totani, D., Toups, M., Touramanis, C., Travaglini, R., Trevor, J., Trilov, S., Trzaska, W.H., Tsai, Yu-Dai, Tsai, Yun-Tse, Tsamalaidze, Z., Tsang, K.V., Tsverava, N., Tu, S.Z., Tufanli, S., Tull, C., Turner, J., Tuzi, M., Tyler, J., Tyley, E., Tzanov, M., Uchida, M.A., Urheim, J., Usher, T., Utaegbulam, H., Uzunyan, S., Vagins, M.R., Vahle, P., Valder, S., Valdiviesso, G.D.A., Valencia, E., Valentim, R., Vallari, Z., Vallazza, E., Valle, J.W.F., Vallecorsa, S., Van Berg, R., Van de Water, R.G., Vanegas Forero, D., Varanini, F., Vargas Oliva, D., Varner, G., Vasina, S., Vaughan, N., Vaziri, K., Vega, J., Ventura, S., Verdugo, A., Vergani, S., Vermeulen, M.A., Verzocchi, M., Vicenzi, M., de Souza, H. Vieira, Vignoli, C., Vilela, C., Viren, B., Vizcaya-Hernandez, A., Vrba, T., Vuong, Q., Waldron, A.V., Wallbank, M., Walsh, J., Walton, T., Wang, H., Wang, J., Wang, L., Wang, M.H.L.S., Wang, X., Wang, Y., Warburton, K., Warner, D., Wascko, M.O., Waters, D., Watson, A., Wawrowska, K., Weatherly, P., Weber, A., Weber, M., Wei, H., Weinstein, A., Wenman, D., Wetstein, M., Whilhelmi, J., White, Andy, White, Angela, Whitehead, L.H., Whittington, D., Wilking, M.J., Wilkinson, A., Wilkinson, C., Williams, Z., Wilson, F., Wilson, R.J., Wisniewski, W., Wolcott, J., Wolfs, J., Wongjirad, T., Wood, A., Wood, K., Worcester, E., Worcester, M., Wospakrik, M., Wresilo, K., Wret, C., Wu, S., Wu, Wanwei, Wu, Wenjie, Wurm, M., Wyenberg, J., Xiao, Y., Xiotidis, I., Yaeggy, B., Yahlali, N., Yandel, E., Yang, G., Yang, K., Yang, T., Yankelevich, A., Yershov, N., Yonehara, K., Yoon, Y.S., Young, T., Yu, B., Yu, Haiwang, Yu, Hongzhao, Yu, J., Yu, Y., Yuan, W., Zaki, R., Zalesak, J., Zambelli, L., Zamorano, B., Zani, A., Zazueta, L., Zeller, G.P., Zennamo, J., Zeug, K., Zhang, C., Zhang, S., Zhang, Y., Zhao, M., Zhivun, E., Zimmerman, E.D., Zucchelli, S., Zuklin, J., Zutshi, V., Zwaska, R.
Přispěvatelé: 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), Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire (LAL), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon (IP2I Lyon), 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), Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, 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), Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (LPSC), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), DUNE
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2023
Předmět:
nucl-th
[PHYS.NUCL]Physics [physics]/Nuclear Theory [nucl-th]
Nuclear Theory
FOS: Physical sciences
neutrino: flux
charged current
High Energy Physics - Experiment
Nuclear Theory (nucl-th)
High Energy Physics - Experiment (hep-ex)
High Energy Physics - Phenomenology (hep-ph)
[PHYS.HEXP]Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex]
neutrino: supernova
Particle Physics - Phenomenology
total cross section: energy dependence
neutrino nucleus: scattering
lifetime
DUNE
hep-ex
neutrino/e
hep-ph
neutrino nucleus: interaction
sensitivity
deep underground detector
liquid argon
High Energy Physics - Phenomenology
neutrino: detector
Nuclear Physics - Theory
[PHYS.HPHE]Physics [physics]/High Energy Physics - Phenomenology [hep-ph]
spectral
galaxy
numerical calculations: Monte Carlo
absorption
Particle Physics - Experiment
neutrino: luminosity
Zdroj: Physical Review
Phys.Rev.D
Phys.Rev.D, 2023, 107 (11), pp.112012. ⟨10.1103/PhysRevD.107.112012⟩
Popis: A primary goal of the upcoming Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) is to measure the $\mathcal{O}(10)$ MeV neutrinos produced by a Galactic core-collapse supernova if one should occur during the lifetime of the experiment. The liquid-argon-based detectors planned for DUNE are expected to be uniquely sensitive to the $\nu_e$ component of the supernova flux, enabling a wide variety of physics and astrophysics measurements. A key requirement for a correct interpretation of these measurements is a good understanding of the energy-dependent total cross section $\sigma(E_\nu)$ for charged-current $\nu_e$ absorption on argon. In the context of a simulated extraction of supernova $\nu_e$ spectral parameters from a toy analysis, we investigate the impact of $\sigma(E_\nu)$ modeling uncertainties on DUNE's supernova neutrino physics sensitivity for the first time. We find that the currently large theoretical uncertainties on $\sigma(E_\nu)$ must be substantially reduced before the $\nu_e$ flux parameters can be extracted reliably: in the absence of external constraints, a measurement of the integrated neutrino luminosity with less than 10\% bias with DUNE requires $\sigma(E_\nu)$ to be known to about 5%. The neutrino spectral shape parameters can be known to better than 10% for a 20% uncertainty on the cross-section scale, although they will be sensitive to uncertainties on the shape of $\sigma(E_\nu)$. A direct measurement of low-energy $\nu_e$-argon scattering would be invaluable for improving the theoretical precision to the needed level.
Comment: 25 pages, 21 figures
Databáze: OpenAIRE