vix.ing · top · new · best · stats

Can Lorentz invariance violation affect the sensitivity of deep underground neutrino experiment?

2019/12/31 by Sanjib Kumar Agarwalla, Mehedi Masud · 18 citations
Physics and Astronomy · #Advanced Differential Geometry Research #CP violation #Context (archaeology) #Lorentz covariance #Neutrino #Neutrino Physics Research #Neutrino oscillation #Noncommutative and Quantum Gravity Theories #Octant (instrument) #Sensitivity (control systems) #hep-ex #hep-ph #physics.ins-det

paper · pdf · doi:10.1140/epjc/s10052-020-8303-1

published in The European Physical Journal C 80(8) (Springer Science+Business Media) · 27 pages, 11 figures, 1 table. Matches with the published version

openalex publication_date 2020/08/01 · openalex created_date 2020/08/13 · arxiv created 2021/03/08 · arxiv updated 2021/03/10 · openalex updated_date 2026/08/05

Abstract

Abstract We examine the impact of Lorentz Invariance Violation (LIV) in measuring the octant of θ 23 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mn>23</mml:mn></mml:msub></mml:math> and CP phases in the context of the Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). We consider the CPT-violating LIV parameters involving e - μ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:math> ( a <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> ) and e - τ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:math> ( a <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> ) flavors, which induce an additional interference term in neutrino and antineutrino appearance probabilities. This new interference term depends on both the standard CP phase δ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>δ</mml:mi></mml:math> and the new dynamical CP phase φ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> / φ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> , giving rise to new degeneracies among ( θ 23 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mn>23</mml:mn></mml:msub></mml:math> , δ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>δ</mml:mi></mml:math> , φ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>φ</mml:mi></mml:math> ). Taking one LIV parameter at-a-time and considering a small value of |a| = |a| = 5 × 10-24 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math> GeV, we find that the octant discovery potential of DUNE gets substantially deteriorated for unfavorable combinations of δ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>δ</mml:mi></mml:math> and φ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> / φ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> . The octant of θ 23 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mn>23</mml:mn></mml:msub></mml:math> can only be resolved at 3σ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:math> if the true value of sin 2θ 23 \lesssim 0.42 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>sin</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mn>23</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≲</mml:mo><mml:mn>0.42</mml:mn></mml:mrow></mml:math> or gt; rsim 0.62 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo>≳</mml:mo><mml:mn>0.62</mml:mn></mml:mrow></mml:math> for any choices of δ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>δ</mml:mi></mml:math> and φ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>φ</mml:mi></mml:math> . Interestingly, we also observe that when both the LIV parameters a <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> and a <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> are present together, they cancel out the impact of each other to a significant extent, allowing DUNE to largely regain its octant resolution capability. We also reconstruct the CP phases δ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>δ</mml:mi></mml:math> and φ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> / φ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> . The typical 1σ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:math> uncertainty on δ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>δ</mml:mi></mml:math> is 10–15 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mrow/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math> and the same on φ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> / φ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> is 25–30 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mrow/><mml:mo>∘</

Citations