Mu2e Run I Sensitivity Projections for the Neutrinoless Muon to Electron Conversion Search in Aluminum

Mu2e Run I Sensitivity Projections for the Neutrinoless Muon to Electron Conversion Search in Aluminum

Abdi, F.; Abrams, R.; Adentunji, J.; Ahmed, W.; Alber, R.; Alexander, D.; Allen, D.; Allspach, D.; Alvarez-Garcia, C.; Ambrose, D.; Ambrosio, G.; Amirkhanov, A.; Andreev, N.; Ankenbrandt, C. M.; Appleby, R.; Arnold, D.; Artikov, A.; Atanov, N.; Badgley, K.; Ball, M.; Baranov, V.; Barker, J.; Barnes, E.; Barton, B.; Bartoszek, L.; Bellettini, G.; Bernstein, R. H.; Bersani, A.; Bianchi, I.; Biery, K.; Bini, S.; Blazey, G.; Bloise, C.; Boedigheimer, K.; Boi, S.; Bolton, T.; Bono, J.; Bonventre, R.; Borghi, S.; Borrel, L.; Bossert, R.; Bowcock, T.; Bowden, M.; Brandt, J.; Breach, M.; Brown, D.; Brown, D. N.; Brown, G.; Brown, H.; Budagov, I.; Buelher, M.; Bulugean, G.-M.; Byrum, K.; Campbell, M.; Cao, H.; Carey, R. M.; Caron, J. F.; Casey, B.; Casler, H.; Cervelli, F.; Cheban, S.; Chen, J.; Chen, M.; Cheng, C.-H.; Chislett, R.; Chitirasreemadam, N.; Chokheli, D.; Ciampa, K.; Ciolini, R.; Coghill, J.; Colao, F.; Coleman, R. N.; Corrodi, S.; Crescimbeni, L.; Crowley, C.; Culbertson, R.; Cummings, M. A. C.; Daniel, A.; Davydov, Y.; Demers, S.; Deshpande, A.; Devilbiss, M.; Dey, J.; Defelice, G.; de Gouvea, A.; Dhanraj, J.; Ding, D.; Ding, D.; Dinnon, M.; Diociaiuti, E.; Dixon, S.; Di Falco, S.; Djilkibaev, R.; Donati, S.; Drake, G.; Drendel, B.; Duerling, G.; Dukes, E. C.; Dychkant, A.; Echenard, B.; Eddy, N.; Edmonds, A.; Ehrlich, R.; Ekka, U.; Evans, R.; Evbota, D.; Fabbricatore, P.; Fagan, J.; Farinon, S.; Farrell, W.; Farris, P.; Feher, S.; Fellenz, B.; Fernandez, E.; Ferrari, A.; Ferrari, C.; Finley, J.; Flood, K.; Flumerfelt, E.; Fontana, F.; Francis, K.; Frand, M.; Frank, M.; Friedsam, H.; Gallo, G.; Gandrajula, R. P.; Gaponenko, A.; Gardner, M.; Gargiulo, R.; Gaugel, S.; Genser, K. L.; Gersabeck, M.; Ginther, G.; Gioiosa, A.; Giovannella, S.; Giusti, V.; Glagolev, V.; Glass, H.; Glenzinski, D. A.; Goadhouse, S.; Goodenough, L.; Grancagnolo, F.; Gray, P.; Group, C.; Hahn, A.; Hampai, D.; Hansen, S.; Happacher, F.; Harkness-Brennan, L.; Harrig, K.; Hartsell, B.; Hays, S.; Hedges, M.; Hedin, D.; Heller, K.; Herman, A.; Hirsh, S.; Hitlin, D. G.; Hocker, A.; Hooper, R.; Horton-Smith, G.; Huang, S.; Huedem, E.; Huffman, D.; Hung, P. Q.; Hungerford, E.; Ibrahim, A.; Israel, S.; Jenkins, M.; Johnstone, C.; Jones, M.; Jorjadze, V.; Judson, D.; Kampa, C.; Kargiantoulakis, M.; Kashikhin, V.; Kasper, P.; Keshavarzi, A.; Khalatian, V.; Kim, J.-H.; Kiper, T.; Knapp, D.; Knodel, O.; Knoepfel, K.; Kokosa, L.; Kolomensky, Y. G.; Koltick, D.; Kozlovsky, M.; Kozminski, J.; Kracczyk, G.; Kramp, M.; Krave, S.; Krempetz, K.; Kutschke, R. K.; Kwarciany, R.; Lackowski, T.; Lamm, M. J.; Lancaster, M.; Larwill, M.; Leavell, F.; Lee, M. J.; Leeb, D.; Lema-Sinchi, J.; Leveling, T.; Lewis, R.; Ley, A.; Li, B.; Li, Y.; Lin, D.; Lincoln, D.; Logashenko, I.; Lombardo, V.; Lopes, M. L.; Luca, A.; Lynch, K. R.; Mackenzie, M.; Makulski, A.; Manolis, J.; Maravin, Y.; Marciano, W. J.; Marini, A.; Martin, E.; Martinez, A.; Martini, M.; McArthur, D.; McConologue, F.; Mesmer, N.; Messerly, B.; Michelotti, L.; Middleton, S.; Miles, C.; Miller, J. P.; Miscetti, S.; Mitchell, D.; Miyashita, T.; Mokhov, N.; Molenaar, D.; Molzon, W.; Moore, J.; Morescalchi, L.; Morgan, J.; Mott, J.; Motuk, E.; Müller, S.; Mukherjee, A.; Murat, P.; Musenich, R.; Nagaslaev, V.; Narayanan, A.; Neely, R.; Neuffer, D. V.; Nguyen, M. T.; Nicol, T.; Niehoff, J.; Nogiec, J.; Norman, A.; Northrup, K.; O'Dell, V.; Oh, S.; Oksuzian, Y.; Olderr, P.; Olson, M.; Orris, D.; Oshinowo, B.; Ostojic, R.; Oyang, J.; Paesani, D.; Pagan, S.; Page, T.; Palladino, A.; Park, C.; Pasciuto, D.; Pedreschi, E.; Peterson, T.; Pezzullo, G.; Pilipenko, R.; Pla-Dalmau, A.; Plesniak, P.; Pohlman, N.; Pollack, B.; Poloubotko, V.; Popovic, M.; Popp, J. L.; Porter, F.; Prebys, E. J.; Price, J.; Prieto, P.; Pronskikh, V.; Pushka, D.; Quirk, J.; Rabehl, R.; Rachamin, R.; Raffaelli, F.; Ragheb, A.; Rakness, G.; Ray, R. E.; Rechenmacher, R.; Rivera, R.; Rizzo, G.; Roberts, B. L.; Roberts, S.; Roberts, T. J.; Robotham, W.; Roehrken, M.; Rubinov, P.; Rucinski, R.; Rusu, V. L.; Samavat, M. F.; Sanzani, E.; Saputi, A.; Sarra, I.; Sarychev, M.; Scarpine, V.; Schappert, W.; Schmitt, M.; Schmitter, P.; Schoo, D.; Schumacher, K.; Shi, X.; Singh, V.; Sobering, T.; Soleti, R.; Solt, M.; Song, H.; Song, E.; Spinella, F.; Srivastav, M.; Stefanik, A.; Stetzler, S.; Still, D.; Stortini, M.; Stratakis, D.; Strauss, T.; Sun, Y.; Suslov, I.; Syphers, M. J.; Szemraj, L.; Ta, J.; Taffara, A.; Tang, Z.; Tanovic, N.; Tartaglia, M.; Tassielli, G.; Taylor, R.; Tecchio, M.; Tickle, S.; Tinsley, D.; Tope, T.; Torkelson, A.; Tran, N.; Trevor, J.; Tschirhart, R. S.; Turnberg, S.; Uzunyan, S.; Varier, D.; Varier, D.; Velasco, M.; Vinas, L.; Vitali, B.; Vogel, G.; Wagner, R.; Wagner, R.; Wands, R.; Wang, Y.; Wang, C.; Wang, M.; Wardlaw, I.; Warren, M.; Werkema, S.; White Jr, H. B.; Whitmore, J.; Wielgos, R.; Wildberger, R.; Wills, L.; Winter, P.; Woods, R.; Worel, C.; Wu, Y.; Xia, L.; You, Z.; Yucel, M.; Zadeh, P.; Zanetti, A. M.; Zhadan, D.; Zhu, R.-Y.; Zifko, R.; Zutshi, V.

Abstract

The Mu2e experiment at Fermilab will search for the neutrinoless μ − → e − conversion in
the field of an aluminum nucleus. The Mu2e data-taking plan assumes two running periods, Run I
and Run II, separated by an approximately two-year-long shutdown. This paper presents an estimate
of the expected Mu2e Run I search sensitivity and includes a detailed discussion of the background
sources, uncertainties of their prediction, analysis procedures, and the optimization of the experimental
sensitivity. The expected Run I 5σ discovery sensitivity is R μe = 1.2 × 10 − 15 , with a total expected
background of 0.11 ± 0.03 events. In the absence of a signal, the expected upper limit is R μe < 6.2 × 10 − 16
at 90% CL. This represents a three order of magnitude improvement over the current experimental limit
of R μe < 7 × 10 − 13 at 90% CL set by the SINDRUM II experiment.

Downloads

Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-35975