The LBNO long-baseline oscillation sensitivities with two conventional neutrino beams at different baselines
S. K. Agarwalla
,
L. Agostino
(1)
,
M. Aittola
,
A. Alekou
,
B. Andrieu
(2)
,
F. Antoniou
,
R. Asfandiyarov
,
D. Autiero
(3)
,
O. Bésida
(4)
,
A. Balik
(5)
,
P. Ballett
,
I. Bandac
,
D. Banerjee
,
W. Bartmann
,
F. Bay
,
B. Biskup
,
A. M. Blebea-Apostu
,
A. Blondel
,
M. Bogomilov
,
S. Bolognesi
,
E. Borriello
,
I. Brancus
,
A. Bravar
,
M. Buizza-Avanzini
(1)
,
D. Caiulo
(3)
,
M. Calin
,
M. Calviani
,
M. Campanelli
,
C. Cantini
,
G. Cata-Danil
,
S. Chakraborty
,
N. Charitonidis
,
L. Chaussard
(3)
,
D. Chesneanu
,
F. Chipesiu
,
P. Crivelli
,
J. Dawson
(1)
,
I. de Bonis
(5)
,
Y. Declais
(3)
,
P. del Amo Sanchez
(5)
,
A. Delbart
(4)
,
S. Di Luise
,
D. Duchesneau
(5)
,
J. Dumarchez
(2)
,
I. Efthymiopoulos
,
A. Eliseev
,
S. Emery
(4)
,
T. Enqvist
,
K. Enqvist
,
L. Epprecht
,
A. N. Erykalov
,
T. Esanu
,
D. Franco
(1)
,
M. Friend
,
V. Galymov
(3)
,
G. Gavrilov
,
A. Gendotti
,
C. Giganti
(2)
,
S. Gilardoni
,
B. Goddard
,
C. M. Gomoiu
,
Y. A. Gornushkin
,
P. Gorodetzky
,
A. Haesler
,
T. Hasegawa
,
S. Horikawa
,
K. Huitu
,
A. Izmaylov
,
A. Jipa
,
K. Kainulainen
,
Y. Karadzhov
,
M. Khabibullin
,
A. Khotjantsev
,
A. N. Kopylov
,
A. Korzenev
,
S. Kosyanenko
,
D. Kryn
(1)
,
Y. Kudenko
,
P. Kuusiniemi
,
I. Lazanu
,
C. Lazaridis
,
J. -M. Levy
,
K. Loo
,
J. Maalampi
,
R. M. Margineanu
,
J. Marteau
(3)
,
C. Martin-Mari
,
V. Matveev
,
E. Mazzucato
(4)
,
A. Mefodiev
,
O. Mineev
,
A. Mirizzi
,
B. Mitrica
,
S. Murphy
,
T. Nakadaira
,
S. Narita
,
D. A. Nesterenko
,
K. Nguyen
,
K. Nikolics
,
E. Noah
,
Yu. Novikov
,
A. Oprima
,
J. Osborne
,
T. Ovsyannikova
,
Y. Papaphilippou
,
S. Pascoli
,
T. Patzak
(1)
,
M. Pectu
,
E. Pennacchio
(3)
,
L. Periale
,
H. Pessard
(5)
,
B. Popov
(2)
,
M. Ravonel
,
M. Rayner
,
F. Resnati
,
O. Ristea
,
A. Robert
,
A. Rubbia
,
K. Rummukainen
,
A. Saftoiu
,
K. Sakashita
,
F. Sanchez-Galan
,
J. Sarkamo
,
N. Saviano
,
E. Scantamburlo
,
F. Sergiampietri
,
D. Sgalaberna
,
E. Shaposhnikova
,
M. Slupecki
,
D. Smargianaki
,
D. Stanca
,
R. Steerenberg
,
A. R. Sterian
,
P. Sterian
,
S. Stoica
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C. Strabel
,
J. Suhonen
,
V. Suvorov
,
G. Toma
,
A. Tonazzo
(1)
,
W. H. Trzaska
,
R. Tsenov
,
K. Tuominen
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M. Valram
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G. Vankova-Kirilova
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F. Vannucci
,
G. Vasseur
(4)
,
F. Velotti
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P. Velten
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V. Venturi
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T. Viant
,
S. Vihonen
,
H. Vincke
,
A. Vorobyev
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A. Weber
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S. Wu
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L. Zambelli
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S. K. Agarwalla
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M. Aittola
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Résumé
The proposed Long Baseline Neutrino Observatory (LBNO) initially consists of $\sim 20$ kton liquid double phase TPC complemented by a magnetised iron calorimeter, to be installed at the Pyh\"asalmi mine, at a distance of 2300 km from CERN. The conventional neutrino beam is produced by 400 GeV protons accelerated at the SPS accelerator delivering 700 kW of power. The long baseline provides a unique opportunity to study neutrino flavour oscillations over their 1st and 2nd oscillation maxima exploring the $L/E$ behaviour, and distinguishing effects arising from $\delta_{CP}$ and matter. In this paper we show how this comprehensive physics case can be further enhanced and complemented if a neutrino beam produced at the Protvino IHEP accelerator complex, at a distance of 1160 km, and with modest power of 450 kW is aimed towards the same far detectors. We show that the coupling of two independent sub-MW conventional neutrino and antineutrino beams at different baselines from CERN and Protvino will allow to measure CP violation in the leptonic sector at a confidence level of at least $3\sigma$ for 50\% of the true values of $\delta_{CP}$ with a 20 kton detector. With a far detector of 70 kton, the combination allows a $3\sigma$ sensitivity for 75\% of the true values of $\delta_{CP}$ after 10 years of running. Running two independent neutrino beams, each at a power below 1 MW, is more within today's state of the art than the long-term operation of a new single high-energy multi-MW facility, which has several technical challenges and will likely require a learning curve.