Prediction of energy resolution in the JUNO experiment*
Authors: Abusleme Angel , Adam Thomas , Adamowicz Kai , Ahmad Shakeel , Ahmed Rizwan , Aiello Sebastiano , An 安 Fengpeng 丰鹏 , An 安 Qi 琪 , Andronico Giuseppe , Anfimov Nikolay , Antonelli Vito , Antoshkina Tatiana , de André João Pedro Athayde Marcondes , Auguste Didier , Bai 白 Weidong 伟东 , Balashov Nikita , Baldini Wander , Barresi Andrea , Basilico Davide , Baussan Eric , Bellato Marco , Beretta Marco , Bergnoli Antonio , Bick Daniel , Bieger Lukas , Biktemerova Svetlana , Birkenfeld Thilo , Blake Iwan , Blum David , Blyth Simon , Bolshakova Anastasia , Bongrand Mathieu , Bordereau Clément , Breton Dominique , Brigatti Augusto , Brugnera Riccardo , Bruno Riccardo , Budano Antonio , Busto Jose , Cabrera Anatael , Caccianiga Barbara , Cai 蔡 Hao 浩 , Cai 蔡 Xiao 啸 , Cai 蔡 Yanke 严克 , Cai 蔡 Zhiyan 志岩 , Callier Stéphane , Calvez Steven , Cammi Antonio , Campeny Agustin , Cao 曹 Chuanya 传亚 , Cao 曹 Guofu 国富 , Cao 曹 Jun 俊 , Caruso Rossella , Cerna Cédric , Cerrone Vanessa , Chang 常 Jinfan 劲帆 , Chang 张 Yun 昀 , Chatrabhuti Auttakit , Chen 陈 Chao 超 , Chen 陈 Guoming 国明 , Chen 陈 Pingping 平平 , Chen 陈 Shaomin 少敏 , Chen 陈 Xin 新 , Chen 陈 Yiming 一鸣 , Chen 陈 Yixue 义学 , Chen 陈 Yu 羽 , Chen 陈 Zelin 泽麟 , Chen 陈 Zhangming 张铭 , Chen 陈 Zhiyuan 志源 , Chen 陈 Zikang 梓康 , Cheng 程 Jie 捷 , Cheng 程 Yaping 雅苹 , Cheng 鄭 YuChin 宇晉 , Chepurnov Alexander , Chetverikov Alexey , Chiesa Davide , Chimenti Pietro , Chin Yen-Ting , Chou 周 Po-Lin 伯麟 , Chu 褚 Ziliang 子良 , Chukanov Artem , Claverie Gérard , Clementi Catia , Clerbaux Barbara , Molla Marta Colomer , Di Lorenzo Selma Conforti , Coppi Alberto , Corti Daniele , Csakli Simon , Cui 崔 Chenyang 晨阳 , Corso Flavio Dal , Dalager Olivia , Datta Jaydeep , De La Taille Christophe , Deng 邓 Zhi 智 , Deng 邓 Ziyan 子艳 , Ding 丁 Xiaoyu 晓雨 , Ding 丁 Xuefeng 雪峰 , Ding 丁 Yayun 雅韵 , Dirgantara Bayu , Dittrich Carsten , Dmitrievsky Sergey , Dohnal Tadeas , Dolzhikov Dmitry , Donchenko Georgy , Dong 董 Jianmeng 建蒙 , Doroshkevich Evgeny , Dou 窦 Wei 威 , Dracos Marcos , Druillole Frédéric , Du 杜 Ran 然 , Du 杜 Shuxian 书先 , Dugas Katherine , Dusini Stefano , Duyang 杜杨 Hongyue 洪岳 , Eck Jessica , Enqvist Timo , Fabbri Andrea , Fahrendholz Ulrike , Fan 樊 Lei 磊 , Fang 方 Jian 建 , Fang 方 Wenxing 文兴 , Fedoseev Dmitry , Feng 馮 Li-Cheng 立誠 , Feng 冯 Qichun 启春 , Ferraro Federico , Fournier Amélie , Fritsch Fritsch , Gan 甘 Haonan 浩男 , Gao 高 Feng 峰 , Gao 高 Feng 峰 , Garfagnini Alberto , Gavrikov Arsenii , Giammarchi Marco , Giudice Nunzio , Gonchar Maxim , Gong 龚 Guanghua 光华 , Gong 宫 Hui 辉 , Gornushkin Yuri , Grassi Marco , Gromov Maxim , Gromov Vasily , Gu 顾 Minghao 旻皓 , Gu 谷 Xiaofei 肖飞 , Gu 古 Yu 宇 , Guan 关 Mengyun 梦云 , Guan 管 Yuduo 宇铎 , Guardone Nunzio , Guizzetti Rosa Maria , Guo 郭 Cong 聪 , Guo 郭 Wanlei 万磊 , Hagner Caren , Han 韩 Hechong 鹤冲 , Han 韩 Ran 然 , Han 韩 Yang 阳 , He 何 Miao 苗 , He 何 Wei 伟 , He 贺 Xinhai 新海 , Heinz Tobias , Hellmuth Patrick , Heng 衡 Yuekun 月昆 , Herrera Rafael , Hor 贺 YuenKeung 远强 , Hou 侯 Shaojing 少静 , Hsiung Yee , Hu 胡 Bei-Zhen 貝禎 , Hu 胡 Hang 航 , Hu 胡 Jun 俊 , Hu 胡 Peng 鹏 , Hu 胡 Shouyang 守扬 , Hu 胡 Tao 涛 , Hu 胡 Yuxiang 宇翔 , Hu 胡 Zhuojun 焯钧 , Huang 黄 Guihong 桂鸿 , Huang 黄 Hanxiong 翰雄 , Huang 黄 Jinhao 金浩 , Huang 黄 Junting 俊挺 , Huang 黄 Kaixuan 凯旋 , Huang 黄 Shengheng 生恒 , Huang 黄 Wenhao 文昊 , Huang 黄 Xin 鑫 , Huang 黄 Xingtao 性涛 , Huang 黄 Yongbo 永波 , Hui 惠 Jiaqi 加琪 , Huo 霍 Lei 雷 , Huo 霍 Wenju 文驹 , Huss Cédric , Hussain Safeer , Imbert Leonard , Ioannisian Ara , Isocrate Roberto , Jafar Arshak , Jelmini Beatrice , Jeria Ignacio , Ji 季 Xiaolu 筱璐 , Jia 贾 Huihui 慧慧 , Jia 贾 Junji 俊基 , Jian 蹇 Siyu 司玉 , Jiang 江 Cailian 彩莲 , Jiang 蒋 Di 荻 , Jiang 蒋 Wei 炜 , Jiang 江 Xiaoshan 晓山 , Jiang 江 Xiaozhao 晓照 , Jiang 蒋 Yixuan 奕萱 , Jing 荆 Xiaoping 小平 , Jollet Cécile , Kang 康 Li 丽 , Karaparabil Rebin , Kazarian Narine , Khan Ali , Khatun Amina , Khosonthongkee Khanchai , Korablev Denis , Kouzakov Konstantin , Krasnoperov Alexey , Kuleshov Sergey , Kumaran Sindhujha , Kutovskiy Nikolay , Labit Loïc , Lachenmaier Tobias , Landini Cecilia , Leblanc Sébastien , Lefevre Frederic , Lei 雷 Ruiting 瑞庭 , Leitner Rupert , Leung Jason , Li 李 Demin 德民 , Li 李 Fei 飞 , Li 李 Fule 福乐 , Li 李 Gaosong 高嵩 , Li 李 Hongjian 鸿渐 , Li 李 Jiajun 佳俊 , Li 李 Min 民 , Li 李 Nan 楠 , Li 李 Qingjiang 清江 , Li 李 Ruhui 茹慧 , Li 李 Rui 瑞 , Li 黎 Shanfeng 山峰 , Li 李 Shuo 硕 , Li 李 Tao 涛 , Li 李 Teng 腾 , Li 李 Weidong 卫东 , Li 李 Weiguo 卫国 , Li 李 Xiaomei 晓梅 , Li 李 Xiaonan 小男 , Li 李 Xinglong 兴隆 , Li 李 Yi 仪 , Li 李 Yichen 依宸 , Li 李 Yufeng 玉峰 , Li 李 Zhaohan 兆涵 , Li 李 Zhibing 志兵 , Li 李 Ziyuan 紫源 , Li 李 Zonghai 宗海 , Liang 梁 Hao 昊 , Liang 梁 Hao 浩 , Liao 廖 Jiajun 佳军 , Liao 廖 Yilin 依林 , Liao 廖 Yuzhong 煜钟 , Limphirat Ayut , Lin 林 Guey-Lin 貴林 , Lin 林 Shengxin 盛鑫 , Lin 林 Tao 韬 , Ling 凌 Jiajie 家杰 , Ling 凌 Xin 鑫 , Lippi Ivano , Liu 刘 Caimei 彩美 , Liu 刘 Fang 芳 , Liu 刘 Fengcheng 峰成 , Liu 刘 Haidong 海东 , Liu 刘 Haotian 昊天 , Liu 刘 Hongbang 宏邦 , Liu 刘 Hongjuan 红娟 , Liu 刘 Hongtao 洪涛 , Liu 柳 Hongyang 鸿杨 , Liu 刘 Jianglai 江来 , Liu 刘 Jiaxi 佳熙 , Liu 刘 Jinchang 金昌 , Liu 刘 Min 敏 , Liu 刘 Qian 倩 , Liu 刘 Qin 钦 , Liu 刘 Runxuan 润轩 , Liu 刘 Shenghui 生辉 , Liu 刘 Shubin 树彬 , Liu 刘 Shulin 术林 , Liu 刘 Xiaowei 小伟 , Liu 刘 Xiwen 熙文 , Liu 刘 Xuewei 学伟 , Liu 刘 Yankai 颜恺 , Liu 刘 Zhen 震 , Loi Lorenzo , Lokhov Alexey , Lombardi Paolo , Lombardo Claudio , Loo Kai , Lu 陆 Chuan 川 , Lu 路 Haoqi 浩奇 , Lu 路 Jingbin 京彬 , Lu 吕 Junguang 军光 , Lu 卢 Meishu 玫澍 , Lu 鹿 Peizhi 培志 , Lu 路 Shuxiang 书祥 , Lubsandorzhiev Bayarto , Lubsandorzhiev Sultim , Ludhova Livia , Lukanov Arslan , Luo 罗 Fengjiao 凤蛟 , Luo 罗 Guang 光 , Luo 罗 Jianyi 坚义 , Luo 罗 Shu 舒 , Luo 罗 Wuming 武鸣 , Luo 罗 Xiaojie 晓杰 , Lyashuk Vladimir , Ma 马 Bangzheng 帮争 , Ma 马 Bing 冰 , Ma 马 Qiumei 秋梅 , Ma 马 Si 斯 , Ma 马 Xiaoyan 骁妍 , Ma 马 Xubo 续波 , Maalmi Jihane , Mai 麦 Jingyu 景宇 , Malabarba Marco , Malyshkin Yury , Mandujano Roberto Carlos , Mantovani Fabio , Mao 冒 Xin 鑫 , Mao 冒 Yajun 亚军 , Mari Stefano M. , Marini Filippo , Martini Agnese , Mayer Matthias , Mayilyan Davit , Mednieks Ints , Meng 孟 Yue 月 , Meraviglia Anita , Meregaglia Anselmo , Meroni Emanuela , Miramonti Lino , Mohan Nikhil , Montuschi Michele , Müller Axel , Nastasi Massimiliano , Naumov Dmitry V. , Naumova Elena , Navas-Nicolas Diana , Nemchenok Igor , Thi Minh Thuan Nguyen , Nikolaev Alexey , Ning 宁 Feipeng 飞鹏 , Ning 宁 Zhe 哲 , Nunokawa Hiroshi , Oberauer Lothar , Ochoa-Ricoux Juan Pedro , Olshevskiy Alexander , Orestano Domizia , Ortica Fausto , Othegraven Rainer , Paoloni Alessandro , Parker George , Parmeggiano Sergio , Patsias Achilleas , Pei 裴 Yatian 亚田 , Pelicci Luca , Peng 彭 Anguo 安国 , Peng 彭 Haiping 海平 , Peng 彭 Yu 宇 , Peng 彭 Zhaoyuan 昭缘 , Percalli Elisa , Perrin Willy , Perrot Frédéric , Petitjean Pierre-Alexandre , Petrucci Fabrizio , Pilarczyk Oliver , Rico Luis Felipe Piñeres , Popov Artyom , Poussot Pascal , Previtali Ezio , Qi 齐 Fazhi 法制 , Qi 祁 Ming 鸣 , Qi 齐 Xiaohui 晓晖 , Qian 钱 Sen 森 , Qian 钱 Xiaohui 小辉 , Qian 钱 Zhen 圳 , Qiao 乔 Hao 浩 , Qin 秦 Zhonghua 中华 , Qiu 丘 Shoukang 寿康 , Qu 屈 Manhao 满昊 , Qu 曲 Zhenning 振宁 , Ranucci Gioacchino , Rasheed Reem , Re Alessandra , Rebii Abdel , Redchuk Mariia , 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俊 , Su 苏 Jun 军 , Sun 孙 Shifeng 世峰 , Sun 孙 Xilei 希磊 , Sun 孙 Yongjie 勇杰 , Sun 孙 Yongzhao 永昭 , Sun 孙 Zhengyang 正阳 , Suwonjandee Narumon , Takenaka Akira , Tan 谭 Xiaohan 晓晗 , Tang 唐 Jian 健 , Tang 唐 Jingzhe 经哲 , Tang 唐 Qiang 强 , Tang 唐 Quan 泉 , Tang 唐 Xiao 晓 , Hariharan Vidhya Thara , Tietzsch Alexander , Tkachev Igor , Tmej Tomas , Torri Marco Danilo Claudio , Triossi Andrea , Triozzi Riccardo , Trzaska Wladyslaw , Tung Yu-Chen , Tuve Cristina , Ushakov Nikita , Vedin Vadim , Venettacci Carlo , Verde Giuseppe , Vialkov Maxim , Viaud Benoit , Vollbrecht Cornelius Moritz , von Sturm Katharina , Vorobel Vit , Voronin Dmitriy , Votano Lucia , Walker Pablo , Wang 王 Caishen 彩申 , Wang 王 Chung-Hsiang 正祥 , Wang 王 En 恩 , Wang 王 Guoli 国利 , Wang 王 Jian 坚 , Wang 王 Jun 俊 , Wang 王 Li 莉 , Wang 汪 Lu 璐 , Wang 王 Meng 萌 , Wang 王 Meng 孟 , Wang 王 Mingyuan 明远 , Wang 王 Ruiguang 瑞光 , Wang 王 Sibo 思博 , Wang 王 Siguang 思广 , Wang 王 Wei 为 , Wang 王 Wenshuai 文帅 , Wang 王 Xi 玺 , Wang 王 Xiangyue 湘粤 , Wang 王 Yangfu 仰夫 , Wang 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杨 Chengfeng 成峰 , Yang 杨 Fengfan 冯帆 , Yang 杨 Jie 洁 , Yang 杨 Lei 雷 , Yang 杨 Pengfei 鹏飞 , Yang 杨 Xiaoyu 晓宇 , Yang 杨 Yifan 一帆 , Yang 杨 Yixiang 逸翔 , Yang Zekun , Yao 姚 Haifeng 海峰 , Ye 叶 Jiaxuan 佳璇 , Ye 叶 Mei 梅 , Ye 叶 Ziping 子平 , Yermia Frédéric , You 尤 Zhengyun 郑昀 , Yu 俞 Boxiang 伯祥 , Yu 余 Chiye 炽业 , Yu 喻 Chunxu 纯旭 , Yu 喻 Guojun 国君 , Yu 余 Hongzhao 泓钊 , Yu 于 Miao 淼 , Yu 于 Xianghui 向辉 , Yu 于 Zeyuan 泽源 , Yu 于 Zezhong 泽众 , Yuan 袁 Cenxi 岑溪 , Yuan 袁 Chengzhuo 成卓 , Yuan 袁 Ying 影 , Yuan 袁 Zhenxiong 振雄 , Yue 岳 Baobiao 保彪 , Zafar Noman , Zamogilnyi Kirill , Zavadskyi Vitalii , Zeng 曾 Fanrui 凡蕊 , Zeng 曾 Shan 珊 , Zeng 曾 Tingxuan 婷轩 , Zeng 曾 Yuda 裕达 , Zhan 占 Liang 亮 , Zhan 詹 Yonghua 永华 , Zhang 张 Aiqiang 爱强 , Zhang 张 Bin 斌 , Zhang 张 Binting 斌婷 , Zhang 张 Feiyang 飞洋 , Zhang 张 Hangchang 航畅 , Zhang 张 Haosen 豪森 , Zhang 张 Honghao 宏浩 , Zhang 张 Jialiang 家梁 , Zhang 张 Jiawen 家文 , Zhang 张 Jie 杰 , Zhang 张 Jingbo 景波 , Zhang 张 Jinnan 金楠 , Zhang 张 Junwei 峻玮 , Zhang 张 Lei 雷 , Zhang 张 Peng 鹏 , Zhang 张 Ping 平 , Zhang 张 Qingmin 清民 , Zhang 张 Shiqi 石其 , Zhang 张 Shu 澍 , Zhang 张 Shuihan 水涵 , Zhang 张 Siyuan 思远 , Zhang 张 Tao 涛 , Zhang 张 Xiaomei 晓梅 , Zhang 张 Xin 鑫 , Zhang 张 Xuantong 玄同 , Zhang 张 Yinhong 银鸿 , Zhang 张 Yiyu 易于 , Zhang 张 Yongpeng 永鹏 , Zhang 张 Yu 宇 , Zhang 张 Yuanyuan 圆圆 , Zhang 张 Yumei 玉美 , Zhang 张 Zhenyu 振宇 , Zhang 张 Zhijian 志坚 , Zhao 赵 Jie 洁 , Zhao 赵 Rong 荣 , Zhao 赵 Runze 润泽 , Zhao 赵 Shujun 书俊 , Zhao 赵 Tianhao 天灏 , Zheng 郑 Hua 华 , Zheng 郑 Yangheng 阳恒 , Zhou 周 Jing 静 , Zhou 周 Li 莉 , Zhou 周 Nan 楠 , Zhou 周 Shun 顺 , Zhou 周 Tong 彤 , Zhou 周 Xiang 详 , Zhu 朱 Jingsen 景森 , Zhu 朱 Kangfu 康甫 , Zhu 朱 Kejun 科军 , Zhu 朱 Zhihang 志航 , Zhuang 庄 Bo 博 , Zhuang 庄 Honglin 红林 , Zong 宗 Liang 亮 , Zou 邹 Jiaheng 佳恒 , Züfle Jan , (The JUNO Collaboration)  
Published: October 2024

Abstract
This paper presents an energy resolution study of the JUNO experiment, incorporating the latest knowledge acquired during the detector construction phase. The determination of neutrino mass ordering in JUNO requires an exceptional energy resolution better than 3% at 1 MeV. To achieve this ambitious goal, significant efforts have been undertaken in the design and production of the key components of the JUNO detector. Various factors affecting the detection of inverse beta decay signals have an impact on the energy resolution, extending beyond the statistical fluctuations of the detected number of photons, such as the properties of the liquid scintillator, performance of photomultiplier tubes, and the energy reconstruction algorithm. To account for these effects, a full JUNO simulation and reconstruction approach is employed. This enables the modeling of all relevant effects and the evaluation of associated inputs to accurately estimate the energy resolution. The results of this study reveal an energy resolution of 2.95% at 1 MeV. Furthermore, this study assesses the contribution of major effects to the overall energy resolution budget. This analysis serves as a reference for interpreting future measurements of energy resolution during JUNO data collection. Moreover, it provides a guideline for comprehending the energy resolution characteristics of liquid scintillator-based detectors.