Introduc)on  

                                                               is  observed    

Reactor  Experiments  (Medium  Baseline)  will  determine  the  Neutrino  Mass  Hierarchy  .  

We  study  the  sensi:vity    of  such  future  Experiments.  

sin2 2�13 � 0.1

RENO  

DayaBay  

Neutrino  Mass  Hierarchy    

m1  

m2  

m3  

Normal  Hierarchy  (NH)  

m3  

m1  

m2  

Inverted  Hierarchy  (IH)  

�m221

|�m231|

� 2.3� 10�3eV2

� 7.5� 10�5eV2

�m221

|�m231|

Which  Hierarcy  is  realized  in  Nature?  

m�

Oscilla)on  

Mass  Hierarchy  difference  

�e � �e

How  to  dis)nguish  MH  ?  (theory)  

± sin2 �12

2sin2 2�13 sin(2�21) sin(2|�31|)

Pee = 1� cos4 �13 sin2 2�12 sin2(�21)� sin2 2�13 sin2(|�31|)� sin2 �12 sin2 2�13 sin2(�21) cos(2|�31|)

Reactor  neutrino  experiment  

�e + p� e+ + n

�e

 Flux  @  Reactor    @  Detector  �e�e

=

Baseline  (L  km)  

Pee

�

How  to  dis)nguish  MH  ?  (experiment)  

Reactor   Detector  

We  esImate  the  sensi)vity    to  dis)nguish  the  MH  difference.  

Method                    analysis    �2

   Baseline  Length  

MH  difference  disappears  aJer  shiJ  in                              @  L  =  30km.  

|�m231| |�m2

31|+�

|�m231|+�|�m2

31|

|�m231|

L  =  30km  

L  =  50km  

What  affects  the  sensi)vity  ?  

MH  difference  remains  aJer  shiJ  in                                @  L  =  50km.  |�m231|

Short  Baseline  (  L  <  50km  )  is  less  sensi)ve    

Energy  Distribu)on  @  Detector  

10000 20000 30000 40000

30 km NH IH

2000 6000

10000 14000 40 km NH

IH

1000 3000 5000 7000

dN /

dEi [

1/M

eV]

50 km NH IH

0 1000 2000 3000 4000

2 3 4 5 6 7 8

Ei [MeV]

60 km NH IH

L  =  30km  

L  =  40km  

L  =  50km  

L  =  60km  

�e

       Energy  Resolu)on    

b: systematic error parta: statistical error part

w/o  Resolu)on   a  =  6%  

|�m231|+�

ShiJ  in   |�m231|

a  =  6%  

�EE

=

��a�E

�2

+ b2

�E �= 0

What  affects  the  sensi)vity  ?  

       Energy  Resolu)on  affects  significantly.  

Sensi)vity  for  Mass  Hierarchy  

0

2

4

6

8

10

12

14

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

(6r

2 ) min

L [km]

b = 0

a = 2% NH IH

3% NH IH

4% NH IH

5% NH IH

6% NH IH

20GW  5kton  5yrs  

opImal  Baseline  L  ~  50km  

a  <  3%  is  required  for                                                

                                           .    (��2)min � 9

Results  1-­‐a  

       Sta:s:cal  part  of  Energy  ResoluIon      

�EE

=

��a�E

�2

+ b2

0

2

4

6

8

10

12

14

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

(6r

2 ) min

L [km]

(a, b) = (2, 0) NH IH

(2, 0.5) NH IH

(2, 0.75) NH IH

(2, 1) NH IH

b   opImal  L  

b  <  1%  is  required  for                                                

                                           .    (��2)min � 9

20GW  5kton  5yrs  

Sensi)vity  for  Mass  Hierarchy  Results  1-­‐b  

       Systema:c  part  of  Energy  ResoluIon      

�EE

=

��a�E

�2

+ b2

Parameter  measurement  

0.51.01.52.0

sin22e12

×10-2(a, b) = (3, 0.5) NH

IH(3, 1) NH

IH(6, 1) NH

IH

1234 sin22e13

×10-3

0.51.01.5

Stat

istic

al U

ncer

tain

ty

6m221

×10-6eV2

0246

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

L [km]

|6m231|

×10-5eV2

Results  2  

FiZed  parameter  values  are  not  so  sensi:ve  to  the  Energy  Resolu:on  

~  0.5%  accuracy  can  be  achieved  for    sin2 2�12,�m221,�m2

31

   Summary  

We  have  studied  the  sensi:vity  of    Medium  Baseline  Reactor  Experiments    for  MH  determina:on.  

For  20GW  5kton  5yrs  exposure,  

     50km    Baseline  Length  is  opImal  

     2-­‐3%    sta:s:cal  error                1%    systema:c  error  

     0.5%    accuracy  is  achieved  for  Neutrino  parameters        

of  Energy  Resolu:on  is  required  

Expected  Sensi)vity  

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

0.01

0.1

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1 - P

1m

2m

3m

4m

5m

×1

×4

×9

×1

×4

×9

×16

×25

No FluctuationFluctuation

(a, b) = (2, 0.5) (3, 0.75)

�(��2)min

Sta)s)cal  Fluctua)on  is  considered.  

               20GW  5kton  5yrs    �n �n

We  can  expect      for  15yrs  run  |  a  =  2%  50yrs  run  |  a  =  3%  

3�