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Combined sensitivity to the neutrino mass ordering with JUNO, the IceCube Upgrade, and PINGU
Aartsen, M. G. ; Ackermann, M.DESY* ; Adams, J. ; Aguilar, J. A. ; Ahlers, M. ; Ahrens, M. ; Alispach, C. ; Andeen, K. ; Anderson, T. ; Ansseau, I. ; Anton, G. ; Argüelles, C. ; Arlen, T. C. ; Auffenberg, J. ; Axani, S. ; Backes, P. ; Bagherpour, H. ; Bai, X. ; Balagopal, A. ; Barbano, A. ; Bartos, I. ; Barwick, S. W. ; Bastian-Querner, B.DESY* ; Baum, V. ; Baur, S. ; Bay, R. ; Beatty, J. J. ; Becker, K.-H. ; Becker Tjus, J. ; BenZvi, S. ; Berley, D. ; Bernardini, E.Extern* ; Besson, D. Z. ; Binder, G. ; Bindig, D. ; Blaufuss, E. ; Blot, S.DESY* ; Bohm, C. ; Bohmer, M. ; Böser, S. ; Botner, O. ; Böttcher, J. ; Bourbeau, E. ; Bourbeau, J. ; Bradascio, F.DESY* ; Braun, J. ; Bron, S. ; Brostean-Kaiser, J.DESY* ; Burgman, A. ; Buscher, J. ; Busse, R. S. ; Carver, T. ; Chen, C. ; Cheung, E. ; Chirkin, D. ; Choi, S. ; Clark, K. ; Classen, L. ; Coleman, A. ; Collin, G. H. ; Conrad, J. M. ; Coppin, P. ; Correa, P. ; Cowen, D. F. ; Cross, R. ; Dave, P. ; De Clercq, C. ; DeLaunay, J. J. ; Dembinski, H. ; Deoskar, K. ; De Ridder, S. ; Desiati, P. ; de Vries, K. D. ; de Wasseige, G. ; de With, M. ; DeYoung, T. ; Diaz, A. ; Díaz-Vélez, J. C. ; Dujmovic, H. ; Dunkman, M. ; DuVernois, M. A. ; Dvorak, E. ; Eberhardt, B. ; Ehrhardt, T. ; Eller, P. ; Engel, R. ; Evans, J. J. ; Evenson, P. A. ; Fahey, S. ; Farrag, K. ; Fazely, A. R. ; Felde, J. ; Filimonov, K. ; Finley, C. ; Fox, D. ; Franckowiak, A.DESY* ; Friedman, E. ; Fritz, A. ; Gaisser, T. K. ; Gallagher, J. ; Ganster, E. ; Garrappa, S.DESY* ; Gartner, A. ; Gerhardt, L. ; Gernhaeuser, R. ; Ghorbani, K. ; Glauch, T. ; Glüsenkamp, T. ; Goldschmidt, A. ; Gonzalez, J. G. ; Grant, D. ; Griffith, Z. ; Griswold, S. ; Günder, M. ; Gündüz, M. ; Haack, C. ; Hallgren, A. ; Halliday, R. ; Halve, L. ; Halzen, F. ; Hanson, K. ; Haugen, J. ; Haungs, A. ; Hebecker, D. ; Heereman, D. ; Heix, P. ; Helbing, K. ; Hellauer, R. ; Henningsen, F. ; Hickford, S. ; Hignight, J. ; Hill, G. C. ; Hoffman, K. D. ; Hoffmann, B. ; Hoffmann, R. ; Hoinka, T. ; Hokanson-Fasig, B. ; Holzapfel, K. ; Hoshina, K. ; Huang, F. ; Huber, M. ; Huber, T. ; Huege, T. ; Hultqvist, K. ; Hünnefeld, M. ; Hussain, R. ; In, S. ; Iovine, N. ; Ishihara, A. ; Japaridze, G. S. ; Jeong, M. ; Jero, K. ; Jones, B. J. P. ; Jonske, F. ; Joppe, R. ; Kalekin, O. ; Kang, D. ; Kang, W. ; Kappes, A.XFEL.EU* ; Kappesser, D. ; Karg, T.DESY* ; Karl, M. ; Karle, A. ; Katori, T. ; Katz, U. ; Kauer, M. ; Keivani, A. ; Kelley, J. L. ; Kheirandish, A. ; Kim, J. ; Kintscher, T.DESY* ; Kiryluk, J. ; Kittler, T. ; Klein, S. R. ; Koirala, R. ; Kolanoski, H. ; Köpke, L. ; Kopper, C. ; Kopper, S. ; Koskinen, D. J. ; Kowalski, M.DESY* ; Krauss, C. B. ; Krings, K. ; Krückl, G. ; Kulacz, N. ; Kurahashi, N. ; Kyriacou, A. ; Lanfranchi, J. L. ; Larson, M. J. ; Lauber, F. ; Lazar, J. P. ; Leonard, K. ; Leszczyńska, A. ; Leuermann, M. ; Liu, Q. R. ; Lohfink, E. ; LoSecco, J. ; Lozano Mariscal, C. J. ; Lu, L. ; Lucarelli, F. ; Lünemann, J. ; Luszczak, W. ; Lyu, Y. ; Ma, W. Y.DESY* ; Madsen, J. ; Maggi, G. ; Mahn, K. B. M. ; Makino, Y. ; Mallik, P. ; Mallot, K. ; Mancina, S. ; Mandalia, S. ; Mariş, I. C. ; Marka, S. ; Marka, Z. ; Maruyama, R. ; Mase, K. ; Maunu, R. ; McNally, F. ; Meagher, K. ; Medici, M. ; Medina, A. ; Meier, M. ; Meighen-Berger, S. ; Merino, G. ; Meures, T. ; Micallef, J. ; Mockler, D. ; Momenté, G. ; Montaruli, T. ; Moore, R. W. ; Morse, R. ; Moulai, M. ; Muth, P. ; Nagai, R. ; Naumann, U. ; Neer, G. ; Niederhausen, H. ; Nisa, M. U. ; Nowicki, S. C. ; Nygren, D. R. ; Obertacke Pollmann, A. ; Oehler, M. ; Olivas, A. ; O’Murchadha, A. ; O’Sullivan, E. ; Palczewski, T. ; Pandya, H. ; Pankova, D. V. ; Papp, L. ; Park, N. ; Peiffer, P. ; Pérez de los Heros, C. ; Petersen, T. C. ; Philippen, S. ; Pieloth, D. ; Pinat, E. ; Pinfold, J. L. ; Pizzuto, A. ; Plum, M. ; Porcelli, A. ; Price, P. B. ; Przybylski, G. T. ; Raab, C. ; Raissi, A. ; Rameez, M. ; Rauch, F. L.DESY* ; Rawlins, K. ; Rea, I. C. ; Reimann, R. ; Relethford, B. ; Renschler, M. ; Renzi, G. ; Resconi, E. ; Rhode, W. ; Richman, M. ; Riegel, M. ; Robertson, S. ; Rongen, M. ; Rott, C. ; Ruhe, T. ; Ryckbosch, D. ; Rysewyk, D. ; Safa, I. ; Sanchez Herrera, S. E. ; Sandrock, A. ; Sandroos, J. ; Sandstrom, P. ; Santander, M. ; Sarkar, S. ; Sarkar, S. ; Satalecka, K.DESY* ; Schaufel, M. ; Schieler, H. ; Schlunder, P. ; Schmidt, T.Extern* ; Schneider, A. ; Schneider, J. ; Schröder, F. G. ; Schumacher, L. ; Sclafani, S. ; Seckel, D. ; Seunarine, S. ; Shaevitz, M. H. ; Shefali, S. ; Silva, M. ; Snihur, R. ; Soedingrekso, J. ; Soldin, D. ; Söldner-Rembold, S. ; Song, M. ; Spiczak, G. M. ; Spiering, C.DESY* ; Stachurska, J.DESY* ; Stamatikos, M. ; Stanev, T. ; Stein, R.DESY* ; Stettner, J. ; Steuer, A. ; Stezelberger, T. ; Stokstad, R. G. ; Stößl, A. ; Strotjohann, N. L.DESY* ; Stürwald, T. ; Stuttard, T. ; Sullivan, G. W. ; Taboada, I. ; Taketa, A. ; Tanaka, H. K. M. ; Tenholt, F. ; Ter-Antonyan, S. ; Terliuk, A.DESY* ; Tilav, S. ; Tollefson, K. ; Tomankova, L. ; Tönnis, C. ; Toscano, S. ; Tosi, D. ; Trettin, A.Extern*DESY* ; Tselengidou, M. ; Tung, C. F. ; Turcati, A. ; Turcotte, R. ; Turley, C. F. ; Ty, B. ; Unger, E. ; Unland Elorrieta, M. A. ; Usner, M.DESY* ; Vandenbroucke, J. ; Van Driessche, W. ; van Eijk, D. ; van Eijndhoven, N. ; van Santen, J.DESY* ; Veberic, D. ; Verpoest, S. ; Vraeghe, M. ; Walck, C. ; Wallace, A. ; Wallraff, M. ; Wandkowsky, N. ; Watson, T. B. ; Weaver, C. ; Weindl, A. ; Weiss, M. J. ; Weldert, J. ; Wendt, C. ; Werthebach, J. ; Whelan, B. J. ; Whitehorn, N. ; Wiebe, K. ; Wiebusch, C. H. ; Wille, L. ; Williams, D. R. ; Wills, L. ; Wolf, M. ; Wood, J. ; Wood, T. R. ; Woschnagg, K. ; Wrede, G. ; Wren, S. ; Xu, D. L. ; Xu, X. W. ; Xu, Y. ; Yanez, J. P. ; Yodh, G. ; Yoshida, S. ; Yuan, T. ; Zöcklein, M. ; Bezerra, T. J. C. ; Birkenfeld, T. ; Blum, D. ; Bongrand, M. ; Cabrera, A. ; Cheng, Y. P. ; Depnering, W. ; Dötterl, O. ; Enqvist, T. ; Enzmann, H. ; Genster, C. ; Grassi, M. ; Göttel, A. S. ; Hackspacher, P. ; Hagner, C. ; Han, Y. ; Heinz, T. ; Kampmann, P. ; Kuusiniemi, P. ; Lachenmaier, T. ; Loo, K. ; Lorenz, S. ; Lubsandorzhiev, B. ; Ludhova, L. ; Malyshkin, Y. ; Meyhöfer, D. ; Miramonti, L. ; Müller, A. ; Oberauer, L. J. N. ; Pilarczyk, O. ; Rebber, H. ; Sawatzki, J. ; Schever, M. ; Schweizer, K. ; Settimo, M. ; Sirignano, C. ; Smirnov, M. ; Stahl, A. ; Steiger, H. T. J. ; Steinmann, J. ; Sterr, T. ; Stock, M. R. ; Studenikin, A. ; Tietzsch, A. ; Trzaska, W. H. ; Viaud, B. ; Volpe, C. ; Wang, W. ; Wonsak, B. S. ; Wurm, M. ; Wysotzki, C. ; Xu, Y. ; Ding, X. ; Yermia, F. ; IceCube-Gen2 Collaboration (Collaboration author)DESY* ; Members, J. C. (Collaboration author)
2020
Inst.302363
Melville, NY
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Please use a persistent id in citations: doi:10.1103/PhysRevD.101.032006 doi:10.3204/PUBDB-2020-00113
Report No.: arXiv:1911.06745
Abstract: The ordering of the neutrino mass eigenstates is one of the fundamental open questions in neutrino physics. While current-generation neutrino oscillation experiments are able to produce moderate indications on this ordering, upcoming experiments of the next generation aim to provide conclusive evidence. In this paper we study the combined performance of the two future multi-purpose neutrino oscillation experiments JUNO and the IceCube Upgrade, which employ two very distinct and complementary routes towards the neutrino mass ordering. The approach pursued by the $20\,\mathrm{kt}$ medium-baseline reactor neutrino experiment JUNO consists of a careful investigation of the energy spectrum of oscillated $\bar{\nu}_e$ produced by ten nuclear reactor cores. The IceCube Upgrade, on the other hand, which consists of seven additional densely instrumented strings deployed in the center of IceCube DeepCore, will observe large numbers of atmospheric neutrinos that have undergone oscillations affected by Earth matter. In a joint fit with both approaches, tension occurs between their preferred mass-squared differences $ \Delta m_{31}^{2}=m_{3}^{2}-m_{1}^{2} $ within the wrong mass ordering. In the case of JUNO and the IceCube Upgrade, this allows to exclude the wrong ordering at $>5\sigma$ on a timescale of 3--7 years --- even under circumstances that are unfavorable to the experiments' individual sensitivities. For PINGU, a 26-string detector array designed as a potential low-energy extension to IceCube, the inverted ordering could be excluded within 1.5 years (3 years for the normal ordering) in a joint analysis.
Contributing Institute(s):
- Astroteilchenphysik (ZEU-EXP/AT)
- Neutrinoteleskop (ZEU-ICE)
Research Program(s):
- 613 - Matter and Radiation from the Universe (POF3-613) (POF3-613)
Experiment(s):
- IceCube South Pole Neutrino Observatory
Appears in the scientific report
2020
Database coverage:
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; Clarivate Analytics Master Journal List ; Current Contents - Physical, Chemical and Earth Sciences ; Ebsco Academic Search ; IF < 5 ; JCR ; SCOPUS ; Science Citation Index ; Science Citation Index Expanded ; Web of Science Core Collection
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