Reactor rate modulation oscillation analysis with two detectors in Double Chooz

Journal of High Energy Physics, vol. 2021

Abstract

Abstract A θ13 oscillation analysis based on the observed antineutrino rates at the Double Chooz far and near detectors for different reactor power conditions is presented. This approach provides a so far unique simultaneous determination of θ13 and the total background rates without relying on any assumptions on the specific background contributions. The analysis comprises 865 days of data collected in both detectors with at least one reactor in operation. The oscillation results are enhanced by the use of 24.06 days (12.74 days) of reactor-off data in the far (near) detector. The analysis considers the $$ {\overline{\nu}}_e $$ ν ¯ e interactions up to a visible energy of 8.5 MeV, using the events at higher energies to build a cosmogenic background model considering fast-neutrons interactions and 9Li decays. The background-model-independent determination of the mixing angle yields sin2(2θ13) = 0.094 ± 0.017, being the best-fit total background rates fully consistent with the cosmogenic background model. A second oscillation analysis is also performed constraining the total background rates to the cosmogenic background estimates. While the central value is not significantly modified due to the consistency between the reactor-off data and the background estimates, the addition of the background model reduces the uncertainty on θ13 to 0.015. Along with the oscillation results, the normalization of the anti-neutrino rate is measured with a precision of 0.86%, reducing the 1.43% uncertainty associated to the expectation.

Authors 84

1. Thamys Abrahão

   Centre National de la Recherche Scientifique · Université Paris Cité · Laboratoire AstroParticule et Cosmologie · Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas

   Affiliation as printed

   APC, Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, F-75006, Paris, France

   Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, Rio de Janeiro, RJ, 22290-180, Brazil

2. H. Almazán

   Max Planck Institute for Nuclear Physics

   Affiliation as printed

   Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69117, Heidelberg, Germany

3. J. C. dos Anjos

   Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas

   Affiliation as printed

   Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, Rio de Janeiro, RJ, 22290-180, Brazil

4. S. Appel

   Technical University of Munich

   Affiliation as printed

   Physik Department, Technische Universität München, 85748, Garching, Germany

5. Jean-Christophe Barrière

   Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives · Université Paris-Saclay · Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers

   Affiliation as printed

   IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191, Gif-sur-Yvette, France

6. T. J. C. Bezerra

   Centre National de la Recherche Scientifique · Laboratoire de Physique Subatomique et des Technologies Associées · IMT Atlantique · Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules · Université de Nantes · Nantes Université

   Affiliation as printed

   SUBATECH, CNRS/IN2P3, Université de Nantes, IMT-Atlantique, 44307, Nantes, France

7. Leonid B. Bezrukov

   Russian Academy of Sciences · Institute for Nuclear Research

   Affiliation as printed

   Institute of Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences, Moscow, 117312, Russia

8. E. Blucher

   University of Chicago

   Affiliation as printed

   The Enrico Fermi Institute, The University of Chicago, Chicago, Illinois, 60637, USA

9. T. Brugière

   Centre National de la Recherche Scientifique · Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien · Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules · Université de Strasbourg

   Affiliation as printed

   IPHC, CNRS/IN2P3, Université de Strasbourg, 67037, Strasbourg, France

10. C. Buck

    Max Planck Institute for Nuclear Physics

    Affiliation as printed

    Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69117, Heidelberg, Germany

11. J. Busenitz

    University of Alabama

    Affiliation as printed

    Department of Physics and Astronomy, University of Alabama, Tuscaloosa, Alabama, 35487, USA

12. M. Cerrada

    Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas

    Affiliation as printed

    Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, CIEMAT, 28040, Madrid, Spain

13. Emmanuel Chauveau

    Centre National de la Recherche Scientifique · Université de Bordeaux · Laboratoire de Physique des deux infinis Bordeaux · Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules

    Affiliation as printed

    Université de Bordeaux, CNRS/IN2P3, CENBG, F-33175, Gradignan, France

14. P. Chimenti

    Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas

    Affiliation as printed

    Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, Rio de Janeiro, RJ, 22290-180, Brazil

15. Olivier Corpace

    Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives · Université Paris-Saclay · Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers

    Affiliation as printed

    IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191, Gif-sur-Yvette, France

16. Jaime Dawson

    Centre National de la Recherche Scientifique · Université Paris Cité · Laboratoire AstroParticule et Cosmologie

    Affiliation as printed

    APC, Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, F-75006, Paris, France

17. Z. Djurcic

    Argonne National Laboratory

    Affiliation as printed

    Argonne National Laboratory, Argonne, Illinois, 60439, USA

18. A. Etenko

    Kurchatov Institute

    Affiliation as printed

    NRC Kurchatov Institute, 123182, Moscow, Russia

19. H. Furuta

    Tohoku University

    Affiliation as printed

    Research Center for Neutrino Science, Tohoku University, Sendai, 980-8578, Japan

20. Inés Gil-Botella

    Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas

    Affiliation as printed

    Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, CIEMAT, 28040, Madrid, Spain

21. A. Givaudan

    Centre National de la Recherche Scientifique · Université Paris Cité · Laboratoire AstroParticule et Cosmologie

    Affiliation as printed

    APC, Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, F-75006, Paris, France

22. Hector Gomez

    Centre National de la Recherche Scientifique · Université Paris Cité · Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives · Université Paris-Saclay · Laboratoire AstroParticule et Cosmologie · Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers

    Affiliation as printed

    APC, Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, F-75006, Paris, France

    IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191, Gif-sur-Yvette, France

23. Luis F. G. Gonzalez

    Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)

    Affiliation as printed

    Universidade Estadual de Campinas-UNICAMP, Campinas, SP, 13083-970, Brazil

24. T. Hara

    Kobe University

    Affiliation as printed

    Department of Physics, Kobe University, Kobe, 657-8501, Japan

25. J. Haser

    Max Planck Institute for Nuclear Physics

    Affiliation as printed

    Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69117, Heidelberg, Germany

26. D. Hellwig Aachen III. Physikalisches Institut

    RWTH Aachen University

    Affiliation as printed

    III. Physikalisches Institut, RWTH Aachen University, 52056, Aachen, Germany

27. A. Hourlier

    Centre National de la Recherche Scientifique · Université Paris Cité · Laboratoire AstroParticule et Cosmologie

    Affiliation as printed

    APC, Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, F-75006, Paris, France

28. M. Ishitsuka

    Tokyo Institute of Technology

    Affiliation as printed

    Department of Physics, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, 152-8551, Japan

29. Josef Jochum

    University of Tübingen

    Affiliation as printed

    Kepler Center for Astro and Particle Physics, Universität Tübingen, 72076, Tübingen, Germany

30. Cécile Jollet

    Centre National de la Recherche Scientifique · Université de Bordeaux · Laboratoire de Physique des deux infinis Bordeaux · Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules

    Affiliation as printed

    Université de Bordeaux, CNRS/IN2P3, CENBG, F-33175, Gradignan, France

31. K. Kale

    Centre National de la Recherche Scientifique · Université de Bordeaux · Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien · Laboratoire de Physique des deux infinis Bordeaux · Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules · Université de Strasbourg

    Affiliation as printed

    IPHC, CNRS/IN2P3, Université de Strasbourg, 67037, Strasbourg, France

    Université de Bordeaux, CNRS/IN2P3, CENBG, F-33175, Gradignan, France

32. M. Karakac

    Centre National de la Recherche Scientifique · Université Paris Cité · Laboratoire AstroParticule et Cosmologie

    Affiliation as printed

    APC, Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, F-75006, Paris, France

33. T. Kawasaki

    Kitasato University

    Affiliation as printed

    Department of Physics, Kitasato University, Sagamihara, 252-0373, Japan

34. E. Kemp

    Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)

    Affiliation as printed

    Universidade Estadual de Campinas-UNICAMP, Campinas, SP, 13083-970, Brazil

35. H. de Kerret

    Centre National de la Recherche Scientifique · Université Paris Cité · Laboratoire AstroParticule et Cosmologie

    Affiliation as printed

    APC, Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, F-75006, Paris, France

36. D. Kryn

    Centre National de la Recherche Scientifique · Université Paris Cité · Laboratoire AstroParticule et Cosmologie

    Affiliation as printed

    APC, Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, F-75006, Paris, France

37. M. Kuze

    Tokyo Institute of Technology

    Affiliation as printed

    Department of Physics, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, 152-8551, Japan

38. C. Lane

    Drexel University

    Affiliation as printed

    Department of Physics, Drexel University, Philadelphia, Pennsylvania, 19104, USA

39. T. Lasserre

    Centre National de la Recherche Scientifique · Université Paris Cité · Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives · Université Paris-Saclay · Laboratoire AstroParticule et Cosmologie · Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers

    Affiliation as printed

    APC, Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, F-75006, Paris, France

    IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191, Gif-sur-Yvette, France

40. C. Lastoria

    Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas

    Affiliation as printed

    Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, CIEMAT, 28040, Madrid, Spain

41. D. Lhuillier

    Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives · Université Paris-Saclay · Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers

    Affiliation as printed

    IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191, Gif-sur-Yvette, France

42. Herman Pessoa Lima Junior

    Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas

    Affiliation as printed

    Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, Rio de Janeiro, RJ, 22290-180, Brazil

43. M. Lindner

    Max Planck Institute for Nuclear Physics

    Affiliation as printed

    Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69117, Heidelberg, Germany

44. J. M. López-Castaño

    Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas

    Affiliation as printed

    Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, CIEMAT, 28040, Madrid, Spain

45. John M. LoSecco

    University of Notre Dame

    Affiliation as printed

    University of Notre Dame, Notre Dame, Indiana, 46556, USA

46. Б. Лубсандоржиев

    Russian Academy of Sciences · Institute for Nuclear Research

    Affiliation as printed

    Institute of Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences, Moscow, 117312, Russia

47. Junpei Maeda

    Kobe University · Tokyo Metropolitan University

    Affiliation as printed

    Department of Physics, Kobe University, Kobe, 657-8501, Japan

    Department of Physics, Tokyo Metropolitan University, Tokyo, 192-0397, Japan

48. Camillo Mariani

    Virginia Tech

    Affiliation as printed

    Center for Neutrino Physics, Virginia Tech, Blacksburg, Virginia, 24061, USA

49. J. Maricic

    Drexel University

    Affiliation as printed

    Department of Physics, Drexel University, Philadelphia, Pennsylvania, 19104, USA

50. J. Martino

    Centre National de la Recherche Scientifique · Laboratoire de Physique Subatomique et des Technologies Associées · IMT Atlantique · Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules · Université de Nantes · Nantes Université

    Affiliation as printed

    SUBATECH, CNRS/IN2P3, Université de Nantes, IMT-Atlantique, 44307, Nantes, France

51. T. Matsubara

    Tokyo Metropolitan University

    Affiliation as printed

    Department of Physics, Tokyo Metropolitan University, Tokyo, 192-0397, Japan

52. G. Mention

    Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives · Université Paris-Saclay · Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers

    Affiliation as printed

    IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191, Gif-sur-Yvette, France

53. A. Meregaglia

    Centre National de la Recherche Scientifique · Université de Bordeaux · Laboratoire de Physique des deux infinis Bordeaux · Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules

    Affiliation as printed

    Université de Bordeaux, CNRS/IN2P3, CENBG, F-33175, Gradignan, France

54. A. Minotti

    Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives · Université Paris-Saclay · Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers

    Affiliation as printed

    IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191, Gif-sur-Yvette, France

55. D. Navas-Nicolás

    Centre National de la Recherche Scientifique · Université Paris Cité · Laboratoire AstroParticule et Cosmologie · Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas

    Affiliation as printed

    APC, Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, F-75006, Paris, France

    Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, CIEMAT, 28040, Madrid, Spain

56. P. Novella corresponding

    Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas

    Affiliation as printed

    Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, CIEMAT, 28040, Madrid, Spain

57. L. Oberauer

    Technical University of Munich

    Affiliation as printed

    Physik Department, Technische Universität München, 85748, Garching, Germany

58. M. Obolensky

    Centre National de la Recherche Scientifique · Université Paris Cité · Laboratoire AstroParticule et Cosmologie

    Affiliation as printed

    APC, Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, F-75006, Paris, France

59. A. Onillón

    Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives · Université Paris-Saclay · Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers

    Affiliation as printed

    IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191, Gif-sur-Yvette, France

60. A. Oralbaev

    Kurchatov Institute

    Affiliation as printed

    NRC Kurchatov Institute, 123182, Moscow, Russia

61. Carmen Palomares

    Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas

    Affiliation as printed

    Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, CIEMAT, 28040, Madrid, Spain

62. Iuri Muniz Pepe

    Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas

    Affiliation as printed

    Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, Rio de Janeiro, RJ, 22290-180, Brazil

63. G. Pronost

    Centre National de la Recherche Scientifique · Laboratoire de Physique Subatomique et des Technologies Associées · IMT Atlantique · Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules · Université de Nantes · Nantes Université

    Affiliation as printed

    SUBATECH, CNRS/IN2P3, Université de Nantes, IMT-Atlantique, 44307, Nantes, France

64. J. Reichenbacher

    University of Alabama

    Affiliation as printed

    Department of Physics and Astronomy, University of Alabama, Tuscaloosa, Alabama, 35487, USA

65. B. Reinhold

    Max Planck Institute for Nuclear Physics

    Affiliation as printed

    Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69117, Heidelberg, Germany

66. Stefan Schönert

    Technical University of Munich

    Affiliation as printed

    Physik Department, Technische Universität München, 85748, Garching, Germany

67. S. Schoppmann

    Max Planck Institute for Nuclear Physics

    Affiliation as printed

    Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69117, Heidelberg, Germany

68. L. Scola

    Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives · Université Paris-Saclay · Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers

    Affiliation as printed

    IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191, Gif-sur-Yvette, France

69. R. Sharankova

    Tokyo Institute of Technology

    Affiliation as printed

    Department of Physics, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, 152-8551, Japan

70. V. Sibille

    Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives · Université Paris-Saclay · Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers

    Affiliation as printed

    IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191, Gif-sur-Yvette, France

71. V. V. Sinev

    Russian Academy of Sciences · Institute for Nuclear Research

    Affiliation as printed

    Institute of Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences, Moscow, 117312, Russia

72. Mikhail Skorokhvatov

    Kurchatov Institute

    Affiliation as printed

    NRC Kurchatov Institute, 123182, Moscow, Russia

73. A. Stahl Aachen III. Physikalisches Institut

    RWTH Aachen University

    Affiliation as printed

    III. Physikalisches Institut, RWTH Aachen University, 52056, Aachen, Germany

74. I. Stancu

    University of Alabama

    Affiliation as printed

    Department of Physics and Astronomy, University of Alabama, Tuscaloosa, Alabama, 35487, USA

75. F. Suekane

    Centre National de la Recherche Scientifique · Tohoku University · Université Paris Cité · Laboratoire AstroParticule et Cosmologie

    Affiliation as printed

    APC, Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, F-75006, Paris, France

    Research Center for Neutrino Science, Tohoku University, Sendai, 980-8578, Japan

76. S. Sukhotin

    Kurchatov Institute

    Affiliation as printed

    NRC Kurchatov Institute, 123182, Moscow, Russia

77. Takayuki Sumiyoshi

    Tokyo Metropolitan University

    Affiliation as printed

    Department of Physics, Tokyo Metropolitan University, Tokyo, 192-0397, Japan

78. Y. Sun

    University of Alabama

    Affiliation as printed

    Department of Physics and Astronomy, University of Alabama, Tuscaloosa, Alabama, 35487, USA

79. C. Veyssiere

    Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives · Université Paris-Saclay · Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers

    Affiliation as printed

    IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191, Gif-sur-Yvette, France

80. B. Viaud

    Centre National de la Recherche Scientifique · Laboratoire de Physique Subatomique et des Technologies Associées · IMT Atlantique · Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules · Université de Nantes · Nantes Université

    Affiliation as printed

    SUBATECH, CNRS/IN2P3, Université de Nantes, IMT-Atlantique, 44307, Nantes, France

81. M. Vivier

    Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives · Université Paris-Saclay · Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers

    Affiliation as printed

    IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191, Gif-sur-Yvette, France

82. S. Wagner

    Centre National de la Recherche Scientifique · Université Paris Cité · Laboratoire AstroParticule et Cosmologie · Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas

    Affiliation as printed

    APC, Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, F-75006, Paris, France

    Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, Rio de Janeiro, RJ, 22290-180, Brazil

83. Christopher H. Wiebusch Aachen III. Physikalisches Institut

    RWTH Aachen University

    Affiliation as printed

    III. Physikalisches Institut, RWTH Aachen University, 52056, Aachen, Germany

84. F. Yermia

    Centre National de la Recherche Scientifique · Laboratoire de Physique Subatomique et des Technologies Associées · IMT Atlantique · Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules · Université de Nantes · Nantes Université

    Affiliation as printed

    SUBATECH, CNRS/IN2P3, Université de Nantes, IMT-Atlantique, 44307, Nantes, France