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Intrinsic limits on resolutions in muon- and electron-neutrino charged-current events in the KM3NeT/ORCA detector

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Type:article
Date:2017
Publisher: Springer
Source:Journal of High Energy Physics, 5, 2017
Identifier: 762773
Article number: 8
Keywords: Electronics · Neutrino Detectors and Telescopes (experiments) · High Tech Systems & Materials · Industrial Innovation · Nano Technology · OPT - Optics · TS - Technical Sciences

Abstract

Studying atmospheric neutrino oscillations in the few-GeV range with a multi-megaton detector promises to determine the neutrino mass hierarchy. This is the main science goal pursued by the future KM3NeT/ORCA water Cherenkov detector in the Mediterranean Sea. In this paper, the processes that limit the obtainable resolution in both energy and direction in charged-current neutrino events in the ORCA detector are investigated. These processes include the composition of the hadronic fragmentation products, the subsequent particle propagation and the photon-sampling fraction of the detector. GEANT simulations of neutrino interactions in seawater produced by GENIE are used to study the effects in the 1-20 GeV range. It is found that fluctuations in the hadronic cascade in conjunction with the variation of the inelasticity y are most detrimental to the resolutions. The effect of limited photon sampling in the detector is of significantly less importance. These results will therefore also be applicable to similar detectors/media, such as those in ice.