Long-baseline neutrino oscillation physics potential of the DUNE experiment
Authors: Abi B. , Acciarri R. , Acero M. A. , Adamov G. , Adams D. , Adinolfi M. , Ahmad Z. , Ahmed J. , Alion T. , Monsalve S. Alonso , Alt C. , Anderson J. , Andreopoulos C. , Andrews M. P. , Andrianala F. , Andringa S. , Ankowski A. , Antonova M. , Antusch S. , Aranda-Fernandez A. , Ariga A. , Arnold L. O. , Arroyave M. A. , Asaadi J. , Aurisano A. , Aushev V. , Autiero D. , Azfar F. , Back H. , Back J. J. , Backhouse C. , Baesso P. , Bagby L. , Bajou R. , Balasubramanian S. , Baldi P. , Bambah B. , Barao F. , Barenboim G. , Barker G. J. , Barkhouse W. , Barnes C. , Barr G. , Monarca J. Barranco , Barros N. , Barrow J. L. , Bashyal A. , Basque V. , Bay F. , Alba J. L. Bazo , Beacom J. F. , Bechetoille E. , Behera B. , Bellantoni L. , Bellettini G. , Bellini V. , Beltramello O. , Belver D. , Benekos N. , Neves F. Bento , Berger J. , Berkman S. , Bernardini P. , Berner R. M. , Berns H. , Bertolucci S. , Betancourt M. , Bezawada Y. , Bhattacharjee M. , Bhuyan B. , Biagi S. , Bian J. , Biassoni M. , Biery K. , Bilki B. , Bishai M. , Bitadze A. , Blake A. , Siffert B. Blanco , Blaszczyk F. D. M. , Blazey G. C. , Blucher E. , Boissevain J. , Bolognesi S. , Bolton T. , Bonesini M. , Bongrand M. , Bonini F. , Booth A. , Booth C. , Bordoni S. , Borkum A. , Boschi T. , Bostan N. , Bour P. , Boyd S. B. , Boyden D. , Bracinik J. , Braga D. , Brailsford D. , Brandt A. , Bremer J. , Brew C. , Brianne E. , Brice S. J. , Brizzolari C. , Bromberg C. , Brooijmans G. , Brooke J. , Bross A. , Brunetti G. , Buchanan N. , Budd H. , Caiulo D. , Calafiura P. , Calcutt J. , Calin M. , Calvez S. , Calvo E. , Camilleri L. , Caminata A. , Campanelli M. , Caratelli D. , Carini G. , Carlus B. , Carniti P. , Terrazas I. Caro , Carranza H. , Castillo A. , Castromonte C. , Cattadori C. , Cavalier F. , Cavanna F. , Centro S. , Cerati G. , Cervelli A. , Villanueva A. Cervera , Chalifour M. , Chang C. , Chardonnet E. , Chatterjee A. , Chattopadhyay S. , Chaves J. , Chen H. , Chen M. , Chen Y. , Cherdack D. , Chi C. , Childress S. , Chiriacescu A. , Cho K. , Choubey S. , Christensen A. , Christian D. , Christodoulou G. , Church E. , Clarke P. , Coan T. E. , Cocco A. G. , Coelho J. A. B. , Conley E. , Conrad J. M. , Convery M. , Corwin L. , Cotte P. , Cremaldi L. , Cremonesi L. , Crespo-Anadón J. I. , Cristaldo E. , Cross R. , Cuesta C. , Cui Y. , Cussans D. , Dabrowski M. , Motta H. da , Da Silva Peres L. , David C. , David Q. , Davies G. S. , Davini S. , Dawson J. , De K. , De Almeida R. M. , Debbins P. , De Bonis I. , Decowski M. P. , de Gouvêa A. , De Holanda P. C. , De Icaza Astiz I. L. , Deisting A. , De Jong P. , Delbart A. , Delepine D. , Delgado M. , Dell’Acqua A. , De Lurgio P. , de Mello Neto J. R. T. , DeMuth D. M. , Dennis S. , Densham C. , Deptuch G. , De Roeck A. , De Romeri V. , De Vries J. J. , Dharmapalan R. , Dias M. , Diaz F. , Díaz J. S. , Domizio S. Di , Giulio L. Di , Ding P. , Noto L. Di , Distefano C. , Diurba R. , Diwan M. , Djurcic Z. , Dokania N. , Dolinski M. J. , Domine L. , Douglas D. , Drielsma F. , Duchesneau D. , Duffy K. , Dunne P. , Durkin T. , Duyang H. , Dvornikov O. , Dwyer D. A. , Dyshkant A. S. , Eads M. , Edmunds D. , Eisch J. , Emery S. , Ereditato A. , Escobar C. O. , Sanchez L. Escudero , Evans J. J. , Ewart E. , Ezeribe A. C. , Fahey K. , Falcone A. , Farnese C. , Farzan Y. , Felix J. , Fernandez-Martinez E. , Menendez P. Fernandez , Ferraro F. , Fields L. , Filkins A. , Filthaut F. , Fitzpatrick R. S. , Flanagan W. , Fleming B. , Flight R. , Fowler J. , Fox W. , Franc J. , Francis K. , Franco D. , Freeman J. , Freestone J. , Fried J. , Friedland A. , Fuess S. , Furic I. , Furmanski A. P. , Gago A. , Gallagher H. , Gallego-Ros A. , Gallice N. , Galymov V. , Gamberini E. , Gamble T. , Gandhi R. , Gandrajula R. , Gao S. , Garcia-Gamez D. , García-Peris M. Á. , Gardiner S. , Gastler D. , Ge G. , Gelli B. , Gendotti A. , Gent S. , Ghorbani-Moghaddam Z. , Gibin D. , Gil-Botella I. , Girerd C. , Giri A. K. , Gnani D. , Gogota O. , Gold M. , Gollapinni S. , Gollwitzer K. , Gomes R. A. , Bermeo L. V. Gomez , Fajardo L. S. Gomez , Gonnella F. , Gonzalez-Cuevas J. A. , Goodman M. C. , Goodwin O. , Goswami S. , Gotti C. , Goudzovski E. , Grace C. , Graham M. , Gramellini E. , Gran R. , Granados E. , Grant A. , Grant C. , Gratieri D. , Green P. , Green S. , Greenler L. , Greenwood M. , Greer J. , Griffith W. C. , Groh M. , Grudzinski J. , Grzelak K. , Gu W. , Guarino V. , Guenette R. , Guglielmi A. , Guo B. , Guthikonda K. K. , Gutierrez R. , Guzowski P. , Guzzo M. M. , Gwon S. , Habig A. , Hackenburg A. , Hadavand H. , Haenni R. , Hahn A. , Haigh J. , Haiston J. , Hamernik T. , Hamilton P. , Han J. , Harder K. , Harris D. A. , Hartnell J. , Hasegawa T. , Hatcher R. , Hazen E. , Heavey A. , Heeger K. M. , Heise J. , Hennessy K. , Henry S. , Morquecho M. A. Hernandez , Herner K. , Hertel L. , Hesam A. S. , Hewes J. , Higuera A. , Hill T. , Hillier S. J. , Himmel A. , Hoff J. , Hohl C. , Holin A. , Hoppe E. , Horton-Smith G. A. , Hostert M. , Hourlier A. , Howard B. , Howell R. , Huang J. , Huang J. , Hugon J. , Iles G. , Ilic N. , Iliescu A. M. , Illingworth R. , Ioannisian A. , Itay R. , Izmaylov A. , James E. , Jargowsky B. , Jediny F. , Jesùs-Valls C. , Ji X. , Jiang L. , Jiménez S. , Jipa A. , Joglekar A. , Johnson C. , Johnson R. , Jones B. , Jones S. , Jung C. K. , Junk T. , Jwa Y. , Kabirnezhad M. , Kaboth A. , Kadenko I. , Kamiya F. , Karagiorgi G. , Karcher A. , Karolak M. , Karyotakis Y. , Kasai S. , Kasetti S. P. , Kashur L. , Kazaryan N. , Kearns E. , Keener P. , Kelly K. J. , Kemp E. , Ketchum W. , Kettell S. H. , Khabibullin M. , Khotjantsev A. , Khvedelidze A. , Kim D. , King B. , Kirby B. , Kirby M. , Klein J. , Koehler K. , Koerner L. W. , Kohn S. , Koller P. P. , Kordosky M. , Kosc T. , Kose U. , Kostelecký V. A. , Kothekar K. , Krennrich F. , Kreslo I. , Kudenko Y. , Kudryavtsev V. A. , Kulagin S. , Kumar J. , Kumar R. , Kuruppu C. , Kus V. , Kutter T. , Lambert A. , Lande K. , Lane C. E. , Lang K. , Langford T. , Lasorak P. , Last D. , Lastoria C. , Laundrie A. , Lawrence A. , Lazanu I. , LaZur R. , Le T. , Learned J. , LeBrun P. , Miotto G. Lehmann , Lehnert R. , de Oliveira M. A. Leigui , Leitner M. , Leyton M. , Li L. , Li S. , Li S. W. , Li T. , Li Y. , Liao H. , Lin C. S. , Lin S. , Lister A. , Littlejohn B. R. , Liu J. , Lockwitz S. , Loew T. , Lokajicek M. , Lomidze I. , Long K. , Loo K. , Lorca D. , Lord T. , LoSecco J. M. , Louis W. C. , Luk K. B. , Luo X. , Lurkin N. , Lux T. , Luzio V. P. , MacFarland D. , Machado A. A. , Machado P. , Macias C. T. , Macier J. R. , Maddalena A. , Madigan P. , Magill S. , Mahn K. , Maio A. , Maloney J. A. , Mandrioli G. , Maneira J. , Manenti L. , Manly S. , Mann A. , Manolopoulos K. , Plata M. Manrique , Marchionni A. , Marciano W. , Marfatia D. , Mariani C. , Maricic J. , Marinho F. , Marino A. D. , Marshak M. , Marshall C. , Marshall J. , Marteau J. , Martin-Albo J. , Martinez N. , Caicedo D. A. Martinez , Martynenko S. , Mason K. , Mastbaum A. , Masud M. , Matsuno S. , Matthews J. , Mauger C. , Mauri N. , Mavrokoridis K. , Mazza R. , Mazzacane A. , Mazzucato E. , McCluskey E. , McConkey N. , McFarland K. S. , McGrew C. , McNab A. , Mefodiev A. , Mehta P. , Melas P. , Mellinato M. , Mena O. , Menary S. , Mendez H. , Menegolli A. , Meng G. , Messier M. D. , Metcalf W. , Mewes M. , Meyer H. , Miao T. , Michna G. , Miedema T. , Migenda J. , Milincic R. , Miller W. , Mills J. , Milne C. , Mineev O. , Miranda O. G. , Miryala S. , Mishra C. S. , Mishra S. R. , Mislivec A. , Mladenov D. , Mocioiu I. , Moffat K. , Moggi N. , Mohanta R. , Mohayai T. A. , Mokhov N. , Molina J. , Bueno L. Molina , Montanari A. , Montanari C. , Montanari D. , Zetina L. M. Montano , Moon J. , Mooney M. , Moor A. , Moreno D. , Morgan B. , Morris C. , Mossey C. , Motuk E. , Moura C. A. , Mousseau J. , Mu W. , Mualem L. , Mueller J. , Muether M. , Mufson S. , Muheim F. , Muir A. , Mulhearn M. , Muramatsu H. , Murphy S. , Musser J. , Nachtman J. , Nagu S. , Nalbandyan M. , Nandakumar R. , Naples D. , Narita S. , Navas-Nicolás D. , Nayak N. , Nebot-Guinot M. , Necib L. , Negishi K. , Nelson J. K. , Nesbit J. , Nessi M. , Newbold D. , Newcomer M. , Newhart D. , Nichol R. , Niner E. , Nishimura K. , Norman A. , Norrick A. , Northrop R. , Novella P. , Nowak J. A. , Oberling M. , Campo A. Olivares Del , Olivier A. , Onel Y. , Onishchuk Y. , Ott J. , Pagani L. , Pakvasa S. , Palamara O. , Palestini S. , Paley J. M. , Pallavicini M. , Palomares C. , Pantic E. , Paolone V. , Papadimitriou V. , Papaleo R. , Papanestis A. , Paramesvaran S. , Parke S. , Parsa Z. , Parvu M. , Pascoli S. , Pasqualini L. , Pasternak J. , Pater J. , Patrick C. , Patrizii L. , Patterson R. B. , Patton S. J. , Patzak T. , Paudel A. , Paulos B. , Paulucci L. , Pavlovic Z. , Pawloski G. , Payne D. , Pec V. , Peeters S. J. M. , Penichot Y. , Pennacchio E. , Penzo A. , Peres O. L. G. , Perry J. , Pershey D. , Pessina G. , Petrillo G. , Petta C. , Petti R. , Piastra F. , Pickering L. , Pietropaolo F. , Pillow J. , Pinzino J. , Plunkett R. , Poling R. , Pons X. , Poonthottathil N. , Pordes S. , Potekhin M. , Potenza R. , Potukuchi B. V. K. S. , Pozimski J. , Pozzato M. , Prakash S. , Prakash T. , Prince S. , Prior G. , Pugnere D. , Qi K. , Qian X. , Raaf J. L. , Raboanary R. , Radeka V. , Rademacker J. , Radics B. , Rafique A. , Raguzin E. , Rai M. , Rajaoalisoa M. , Rakhno I. , Rakotondramanana H. T. , Rakotondravohitra L. , Ramachers Y. A. , Rameika R. , Delgado M. A. Ramirez , Ramson B. , Rappoldi A. , Raselli G. , Ratoff P. , Ravat S. , Razafinime H. , Real J. S. , Rebel B. , Redondo D. , Reggiani-Guzzo M. , Rehak T. , Reichenbacher J. , Reitzner S. D. , Renshaw A. , Rescia S. , Resnati F. , Reynolds A. , Riccobene G. , Rice L. C. J. , Rielage K. , Rigaut Y. , Rivera D. , Rochester L. , Roda M. , Rodrigues P. , Alonso M. J. Rodriguez , Rondon J. Rodriguez , Roeth A. J. , Rogers H. , Rosauro-Alcaraz S. , Rossella M. , Rout J. , Roy S. , Rubbia A. , Rubbia C. , Russell B. , Russell J. , Ruterbories D. , Saakyan R. , Sacerdoti S. , Safford T. , Sahu N. , Sala P. , Samios N. , Sanchez M. C. , Sanders D. A. , Sankey D. , Santana S. , Santos-Maldonado M. , Saoulidou N. , Sapienza P. , Sarasty C. , Sarcevic I. , Savage G. , Savinov V. , Scaramelli A. , Scarff A. , Scarpelli A. , Schaffer T. , Schellman H. , Schlabach P. , Schmitz D. , Scholberg K. , Schukraft A. , Segreto E. , Sensenig J. , Seong I. , Sergi A. , Sergiampietri F. , Sgalaberna D. , Shaevitz M. H. , Shafaq S. , Shamma M. , Sharma H. R. , Sharma R. , Shaw T. , Shepherd-Themistocleous C. , Shin S. , Shooltz D. , Shrock R. , Simard L. , Simos N. , Sinclair J. , Sinev G. , Singh J. , Singh J. , Singh V. , Sipos R. , Sippach F. W. , Sirri G. , Sitraka A. , Siyeon K. , Smargianaki D. , Smith A. , Smith A. , Smith E. , Smith P. , Smolik J. , Smy M. , Snopok P. , Nunes M. Soares , Sobel H. , Soderberg M. , Salinas C. J. Solano , Söldner-Rembold S. , Solomey N. , Solovov V. , Sondheim W. E. , Sorel M. , Soto-Oton J. , Sousa A. , Soustruznik K. , Spagliardi F. , Spanu M. , Spitz J. , Spooner N. J. C. , Spurgeon K. , Staley R. , Stancari M. , Stanco L. , Steiner H. M. , Stewart J. , Stillwell B. , Stock J. , Stocker F. , Stokes T. , Strait M. , Strauss T. , Striganov S. , Stuart A. , Summers D. , Surdo A. , Susic V. , Suter L. , Sutera C. M. , Svoboda R. , Szczerbinska B. , Szelc A. M. , Talaga R. , Tanaka H. A. , Oregui B. Tapia , Tapper A. , Tariq S. , Tatar E. , Tayloe R. , Teklu A. M. , Tenti M. , Terao K. , Ternes C. A. , Terranova F. , Testera G. , Thea A. , Thompson J. L. , Thorn C. , Timm S. C. , Tonazzo A. , Torti M. , Tortola M. , Tortorici F. , Totani D. , Toups M. , Touramanis C. , Trevor J. , Trzaska W. H. , Tsai Y. T. , Tsamalaidze Z. , Tsang K. V. , Tsverava N. , Tufanli S. , Tull C. , Tyley E. , Tzanov M. , Uchida M. A. , Urheim J. , Usher T. , Vagins M. R. , Vahle P. , Valdiviesso G. A. , Valencia E. , Vallari Z. , Valle J. W. F. , Vallecorsa S. , Van Berg R. , Van de Water R. G. , Forero D. Vanegas , Varanini F. , Vargas D. , Varner G. , Vasel J. , Vasseur G. , Vaziri K. , Ventura S. , Verdugo A. , Vergani S. , Vermeulen M. A. , Verzocchi M. , de Souza H. Vieira , Vignoli C. , Vilela C. , Viren B. , Vrba T. , Wachala T. , Waldron A. V. , Wallbank M. , Wang H. , Wang J. , Wang Y. , Wang Y. , Warburton K. , Warner D. , Wascko M. , Waters D. , Watson A. , Weatherly P. , Weber A. , Weber M. , Wei H. , Weinstein A. , Wenman D. , Wetstein M. , While M. R. , White A. , Whitehead L. H. , Whittington D. , Wilking M. J. , Wilkinson C. , Williams Z. , Wilson F. , Wilson R. J. , Wolcott J. , Wongjirad T. , Wood K. , Wood L. , Worcester E. , Worcester M. , Wret C. , Wu W. , Wu W. , Xiao Y. , Yang G. , Yang T. , Yershov N. , Yonehara K. , Young T. , Yu B. , Yu J. , Zaki R. , Zalesak J. , Zambelli L. , Zamorano B. , Zani A. , Zazueta L. , Zeller G. P. , Zennamo J. , Zeug K. , Zhang C. , Zhao M. , Zhivun E. , Zhu G. , Zimmerman E. D. , Zito M. , Zucchelli S. , Zuklin J. , Zutshi V. , Zwaska R. 
Published: October 2020

AbstractThe sensitivity of the Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) to neutrino oscillation is determined, based on a full simulation, reconstruction, and event selection of the far detector and a full simulation and parameterized analysis of the near detector. Detailed uncertainties due to the flux prediction, neutrino interaction model, and detector effects are included. DUNE will resolve the neutrino mass ordering to a precision of 5$$\sigma $$
σ
, for all $$\delta _{\mathrm{CP}}$$

δ
CP

values, after 2 years of running with the nominal detector design and beam configuration. It has the potential to observe charge-parity violation in the neutrino sector to a precision of 3$$\sigma $$
σ
(5$$\sigma $$
σ
) after an exposure of 5 (10) years, for 50% of all $$\delta _{\mathrm{CP}}$$

δ
CP

values. It will also make precise measurements of other parameters governing long-baseline neutrino oscillation, and after an exposure of 15 years will achieve a similar sensitivity to $$\sin ^{2} 2\theta _{13}$$

sin
2

2

θ
13

to current reactor experiments.