Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) Near Detector Conceptual Design Report

The Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) is an international, world-class experiment aimed at exploring fundamental questions about the universe that are at the forefront of astrophysics and particle physics research. DUNE will study questions pertaining to the preponderance of matter over antimatter in the early universe, the dynamics of supernovae, the subtleties of neutrino interaction physics, and a number of beyond the Standard Model topics accessible in a powerful neutrino beam. A critical component of the DUNE physics program involves the study of changes in a powerful beam of neutrinos, i.e., neutrino oscillations, as the neutrinos propagate a long distance. The experiment consists of a near detector, sited close to the source of the beam, and a far detector, sited along the beam at a large distance. This document, the DUNE Near Detector Conceptual Design Report (CDR), describes the design of the DUNE near detector and the science program that drives the design and technology choices. The goals and requirements underlying the design, along with projected performance are given. It serves as a starting point for a more detailed design that will be described in future documents.

J. I. Crespo-Anad'on | V. P. Luzio | P. Baldi | R. Nichol | A. Aurisano | F. Azfar | G. Bellettini | C. Bromberg | H. Budd | M. Campanelli | K. Cho | D. Chokheli | J. Freeman | I. Furic | M. Gold | J. Han | E. James | T. Junk | D. Kim | T. LeCompte | C. Lin | T. Miao | N. Moggi | J. Nachtman | V. Papadimitriou | A. Penzo | J. Rademacker | P. Roy | P. Schlabach | V. Radeka | M. Decowski | S. Manly | L. Hertel | A. Falcone | A. Dell'Acqua | K. Mason | N. Samios | G. Deptuch | J. Hoff | K. Herner | E. Bonilla | R. Cross | B. Jones | K. Mahn | F. Cavalier | S. Choate | K. Manolopoulos | M. Lokajicek | K. Lande | M. Sorel | T. Coan | C. Grace | B. Abi | D. Adams | O. Beltramello | N. Benekos | S. Bordoni | J. Bracinik | A. Brandt | J. Bremer | G. Brooijmans | K. De | P. Jong | A. Ereditato | F. Filthaut | L. S. Fajardo | B. Guo | H. Hadavand | S. Hillier | N. Ilic | V. Jain | P. Keener | V. Kus | G. Miotto | N. Martinez | A. Maio | J. Maneira | A. Mann | D. Moreno | M. Nessi | S. Palestini | J. Pater | D. Sankey | V. Savinov | S. Vallecorsa | R. Berg | D. Whittington | V. Zutshi | K. Nishimura | G. Varner | J. Beacom | D. Waters | J. Singh | P. Bouř | A. Karcher | A. Lambert | P. Baesso | F. Barão | M. Bonesini | A. Grant | P. Ratoff | A. Cervelli | C. David | R. Gandrajula | S. Sacerdoti | F. Marinho | N. Saoulidou | A. Montanari | R. Potenza | E. Calvo | A. Roeck | A. Thea | D. Cussans | D. Newbold | C. Brew | C. Shepherd-Themistocleous | G. Iles | A. Tapper | K. Tsang | S. Paramesvaran | G. Cerati | J. Hugon | Y. Onel | T. Bolton | L. Cremaldi | D. Sanders | D. Summers | M. Eads | M. Mooney | H. Mendez | G. Petrillo | W. Flanagan | S. Gollapinni | A. Alton | J. Asaadi | L. Bagby | L. Bellantoni | G. Blazey | A. Bross | P. Ding | A. Dyshkant | D. Edmunds | S. Fuess | R. Illingworth | W. Ketchum | M. Kirby | P. Lebrun | S. Lockwitz | S. Bolognesi | K. Cankocak | Z. Tsamalaidze | A. Chatterjee | J. Anderson | M. Mulhearn | G. Savage | H. Schellman | K. Soustruznik | Y. Tsai | S. Uzunyan | M. Verzocchi | A. White | J. Zennamo | M. Messier | R. Wilson | T. Yang | M. Wascko | H. Steiner | R. Poling | D. Christian | J. Zálešák | G. Drake | T. Lux | K. Francis | J. Nelson | N. Anfimov | S. Chattopadhyay | A. Mazzacane | T. Usher | S. Magill | C. Densham | S. Mishra | S. Striganov | D. Macfarlane | Y. Karyotakis | N. Mokhov | Z. Parsa | E. Blucher | S. Patton | S. Emery | C. Booth | J. Harton | D. Duchesneau | C. Palomares | M. Bishai | M. Convery | A. Gallas | S. Bertolucci | K. Biery | G. Christodoulou | M. Pallavicini | F. Simon | P. Clarke | M. Delgado | R. Staley | D. Shooltz | O. Mena | M. Rosenberg | P. Kunzé | J. Stock | J. Musser | R. Flight | D. Last | A. Olshevskiy | B. Land | M. Chen | D. Franco | A. Habig | A. Higuera | J. Migenda | A. Renshaw | K. Scholberg | M. Strait | J. Vasel | B. Viren | T. Kutter | W. Wu | V. Aushev | B. Bhuyan | O. Gogota | I. Kadenko | R. Kumar | Y. Onishchuk | I. Seong | W. Yuan | M. González-López | S. Mufson | T. Kosc | S. Davini | D. Montanari | G. Testera | R. Mandujano | W. Griffith | A. Zani | K. Long | H. Sfar | I. Bagaturia | D. Gastler | M. Delgado | E. Church | R. Guenette | H. Sullivan | G. Carini | J. Fried | A. Khvedelidze | S. Santana | S. Kohn | R. Sahay | G. Riccobene | E. Hazen | J. Mueller | A. Delbart | N. Buchanan | G. Pawloski | M. Wetstein | F. Battisti | M. Betancourt | H. Motta | J. Félix | L. Fields | A. Gago | D. Harris | D. Jena | M. Kordosky | C. Marshall | K. Mcfarland | A. Norrick | A. Olivier | D. Ruterbories | C. J. S. Salinas | E. Valencia | J. Wolcott | F. Gao | J. Porter | A. Heavey | A. Marchionni | G. Barr | W. Marciano | S. Centro | C. Rubbia | D. Gibin | S. Domizio | C. Tull | J. Freestone | M. Groh | H. Gallagher | A. Gouvea | R. D. Water | G. Zeller | D. Dwyer | M. Goodman | L. Noto | A. Ariga | K. Kothekar | G. Adamov | R. Sharma | M. Adinolfi | P. Carniti | C. Gotti | A. McNab | J. Coelho | S. Menary | J. Ochoa-Ricoux | S. Prince | O. Dvornikov | C. Girerd | M. Weber | B. Radics | C. Sutera | R. Mazza | S. Ventura | G. Davies | A. Hahn | D. Wenman | P. Debbins | P. Dunne | H. Wei | O. Palamara | S. Rescia | R. Gomes | V. Guarino | M. Shaevitz | V. Paolone | B. Yu | S. Timm | S. Peeters | M. Chalifour | J. Dawson | P. Sala | A. Marino | K. Heeger | J. Klein | J. Huang | D. Mladenov | A. Muir | R. Petti | M. Potekhin | A. Tonazzo | O. Miranda | J. Valle | A. A. Abud | F. Gonnella | J. Yu | E. Zimmerman | R. Johnson | S. Boyd | D. Naples | M. Tzanov | M. Newcomer | L. Stanco | D. Gnani | A. Machado | A. Papanestis | M. Bongrand | Z. Djurcic | I. Gil-Botella | J. Hartnell | A. Hatzikoutelis | G. Horton-Smith | E. Kemp | C. Lane | J. Losecco | C. Mariani | J. Maricic | R. Milincic | P. Novella | J. Reichenbacher | E. Smith | J. Spitz | R. Svoboda | K. Terao | M. Toups | M. Worcester | F. Wilson | J. Todd | W. Trzaska | Y. Cui | C. Petta | G. Valdiviesso | J. Réal | K. Loo | X.-G. Lu | L. M. Zétina | S. Balasubramanian | A. Deisting | C. Zhang | W. Louis | M. Zhao | F. Stocker | S. Brice | C. Andreopoulos | D. Autiero | G. Barker | F. Bay | H. Berns | F. Blaszczyk | T. Durkin | V. Galymov | A. Gendotti | P. Guzowski | A. Izmaylov | C. Jung | E. Kearns | M. Khabibullin | A. Khotjantsev | B. Kirby | I. Kreslo | Y. Kudenko | J. Marteau | E. Mazzucato | C. Mcgrew | W. Metcalf | O. Mineev | S. Murphy | J. Nowak | D. Payne | J. Raaf | P. Rodrigues | A. Rubbia | M. Smy | H. Sobel | T. Strauss | H. Tanaka | C. Touramanis | M. Vagins | G. Vasseur | T. Wachala | A. Waldron | D. Warner | A. Weber | L. Whitehead | M. Wilking | T. Wongjirad | N. Yershov | M. Zito | Y. Chen | M. Diwan | W. Gu | X. Ji | S. Kettell | S. Lin | B. Littlejohn | J. Liu | K. Luk | V. Pěč | X. Qian | B. Roskovec | E. Worcester | K. Siyeon | T. Alion | M. Andrews | B. Baller | A. Bashyal | V. Bellini | J. Bian | J. Boissevain | G. Brunetti | C. Castromonte | F. Cavanna | D. Cherdack | C. Chi | S. Childress | A. Cocco | D. Demuth | C. Escobar | C. Farnese | B. Fleming | W. Fox | A. Friedland | R. Gandhi | R. Gran | C. Grant | L. Greenler | A. Guglielmi | M. Guzzo | R. Hatcher | J. Heise | J. Hewes | A. Himmel | P. Holanda | A. Holin | G. Karagiorgi | V. Kudryavtsev | J. Kumar | K. Lang | J. Learned | M. Marshak | J. Marshall | S. Matsuno | C. Mauger | K. Mavrokoridis | E. McCluskey | A. Menegolli | G. Meng | C. Montanari | C. Moura | E. Niner | S. Pakvasa | J. Paley | B. Paulos | F. Pietropaolo | R. Plunkett | S. Pordes | I. Rakhno | Y. Ramachers | R. Rameika | A. Rappoldi | G. Raselli | B. Rebel | L. Rochester | M. Rossella | A. Scaramelli | D. Schmitz | E. Segreto | T. Shaw | N. Simos | M. Soderberg | W. Sondheim | A. Sousa | N. Spooner | M. Stancari | J. Stewart | L. Suter | B. Szczerbinska | A. Szelc | S. Soldner-Rembold | R. Talaga | S. Tariq | R. Tayloe | C. Thorn | M. Torti | J. Urheim | F. Varanini | K. Vaziri | C. Vignoli | K. Warburton | K. Wood | N. Barros | C. Cattadori | K. Guthikonda | G. Pessina | V. Solovov | A. Blake | L. Corwin | J. Evans | K. Grzelak | L. Mualem | R. Patterson | N. Poonthottathil | M. Sanchez | P. Vahle | R. Zwaska | A. Chukanov | G. Mandrioli | N. Mauri | L. Pasqualini | L. Patrizii | M. Pozzato | M. Roda | G. Sirri | M. Tenti | F. Terranova | S. Tufanli | S. Berkman | D. Brailsford | L. Cremonesi | S. Dennis | S. Dolan | K. Duffy | A. Furmanski | P. Hamilton | M. Kabirnezhad | A. Kaboth | S. Martynenko | A. Mefodiev | C. Riccio | D. Sgalaberna | C. Wilkinson | L. Zambelli | S. Antusch | C. Backhouse | B. Bambah | E. Catano-Mur | R. Dharmapalan | H. Duyang | A. Giri | J. Grudzinski | F. Jediný | S. Kasetti | H. Meyer | R. Mohanta | M. Muether | A. Norman | D. Pershey | B. Potukuchi | O. Samoylov | V. Singh | J. Smolík | N. Solomey | J. Trevor | T. Vrba | S. Yang | B. Zamorano | E. Gamberini | E. Goudzovski | N. Lurkin | S. Trilov | M. Graham | A. Bitadze | T. Boschi | M. Hostert | K. Kelly | P. Machado | S. Pascoli | S. Prakash | S. Shin | G. Sinev | D. V. Forero | T. Prakash | J. Eisch | A. Schukraft | I. Sarčević | T. Patzak | J. Alba | A. Laundrie | S. Biagi | F. Krennrich | C. Distefano | M. Karolak | R. Papaleo | P. Sapienza | A. Weinstein | S. Zucchelli | H. Muramatsu | S. Parke | L. Emberger | F. Andrianala | X. Pons | P. Smith | C. Barnes | M. Bhattacharjee | K. Negishi | T. Loew | R. Shrock | J. Ricol | S. D. Reitzner | L. Simard | M. Tórtola | A. Hourlier | R. Sharankova | G. Yang | E. Fernandez-Martinez | A. Ioannisian | T. Langford | D. M. Caicedo | K. Moffat | M. Dolinski | S. Vasina | N. Charitonidis | J. Pozimski | L. Manenti | M. Judah | I. Lazanu | N. McConkey | T. Hill | M. Dabrowski | J. D. M. Neto | R. Northrop | W. Barkhouse | R. Lehnert | M. Mewes | J. Calcutt | S. Kulagin | T. Le | A. Mislivec | J. Mousseau | P. Green | A. Castillo | E. Pennacchio | E. Raguzin | C. Brizzolari | S. Narita | N. Sahu | A. Ankowski | S. Gardiner | J. Barrow | B. Carlus | R. Acciarri | M. A. Acero | Z. Ahmad | J. Ahmed | S. A. Monsalve | C. Alt | M. Antonova | A. Aranda-Fernandez | L. Arnold | M. Arroyave | H. Back | J. Back | G. Barenboim | J. Monarca | V. Basque | E. Bechetoille | B. Behera | D. Belver | F. B. Neves | P. Bernardini | R. Berner | M. Biassoni | F. Bonini | A. Booth | A. Borkum | N. Bostan | D. Boyden | D. Braga | E. Brianne | D. Caiulo | M. Calin | S. Calvez | A. Caminata | D. Caratelli | I. C. Terrazas | H. Carranza | A. C. Villanueva | E. Chardonnet | H. Chen | A. Chiriacescu | S. Choubey | A. Christensen | E. Conley | E. Cristaldo | C. Cuesta | L. D. S. Peres | Q. David | I. Bonis | I. Astiz | D. Delépine | P. D. Lurgio | V. Romeri | F. Diaz | L. D. Giulio | R. Diurba | N. Dokania | L. Dominé | D. Douglas | F. Drielsma | E. Ewart | A. Ezeribe | K. Fahey | Y. Farzan | P. F. Menéndez | F. Ferraro | R. Fitzpatrick | J. Fowler | J. Franc | A. Gallego-Ros | N. Gallice | T. Gamble | S. Gao | D. Garcia-Gamez | G. Ge | B. Gelli | S. Gent | Z. Ghorbani-Moghaddam | K. Gollwitzer | L. G. Bermeo | J. A. Gonzalez-Cuevas | O. Goodwin | S. Goswami | E. Granados | D. Gratieri | J. Greer | R. Gutiérrez | S. Gwon | R. Haenni | J. Haiston | T. Hamernik | S. Henry | M. H. Morquecho | C. Hohl | E. Hoppe | B. Howard | R. Howell | A. Iliescu | R. Itay | B. Jargowsky | L. Jiang | A. Jipa | S. Jones | Y. Jwa | F. Kamiya | S. Kasai | L. Kashur | N. Kazaryan | B. King | K. Koehler | L. Koerner | P. Koller | U. Kose | C. Kuruppu | P. Lasorak | C. Lastoria | A. Lawrence | R. LaZur | M. Oliveira | M. Leitner | L. Li | S. Li | T. Li | H. Liao | A. Lister | I. Lomidze | D. Lorca | T. Lord | X. Luo | C. Macias | J. Macier | A. Maddalena | P. Madigan | J. Maloney | M. Plata | D. Marfatia | J. Martín-Albo | A. Mastbaum | M. Masud | J. Matthews | P. Mehta | P. Melas | G. Michna | T. Miedema | J. Mills | C. Milne | S. Miryala | C. Mishra | I. Mocioiu | T. Mohayai | J. Molina | L. Bueno | J. Moon | A. Moor | C. Morris | C. Mossey | E. Motuk | W. Mu | S. Nagu | M. Nalbandyan | N. Nayak | M. Nebot-Guinot | J. Nesbit | D. Newhart | M. Oberling | A. Campo | J. Ott | L. Pagani | E. Pantic | M. Pârvu | J. Pasternak | C. Patrick | A. Paudel | L. Paulucci | O. Peres | J. Perry | F. Piastra | L. Pickering | D. Pugnère | A. Rafique | M. Rai | M. Rajaoalisoa | L. Rakotondravohitra | B. Ramson | M. Reggiani-Guzzo | T. Řehák | F. Resnati | A. Reynolds | L. Rice | Y. Rigaut | D. Rivera | M. Alonso | J. Rondon | S. Rosauro-Alcaraz | J. Rout | S. Roy | B. Russell | R. Saakyan | T. Safford | M. Santos-Maldonado | C. Sarasty | A. Scarff | A. Scarpelli | T. Schaffer | J. Sensenig | S. Shafaq | M. Shamma | H. Sharma | J. Sinclair | R. Sipos | F. Sippach | A. Sitraka | A. Smith | P. Snopok | M. Nunes | J. Soto-Oton | F. Spagliardi | M. Spanu | K. Spurgeon | B. Stillwell | T. Stokes | A. Stuart | A. Surdo | V. Susič | B. T. Oregui | E. Tatar | A. Teklu | C. Ternes | J. Thompson | F. Tortorici | D. Totani | N. Tsverava | E. Tyley | M. Uchida | Z. Vallari | D. Vargas | A. Verdugo | S. Vergani | M. Vermeulen | H. V. Souza | C. Vilela | M. Wallbank | H. Wang | J. Wang | A. Watson | P. Weatherly | Z. Williams | C. Wret | Y. Xiao | K. Yonehara | T. Young | L. Zazueta | K. Zeug | E. Zhivun | G. Zhu | J. Zuklin | P. Amedo | S. Jim'enez | M. Alrashed | Y. Li, | D. Marsden | T. Mettler | A. Navrer-Agasson | E. Snider | V. A. Kosteleck'y | W. Miller | S. Andringa | J. D'iaz | M. Garc'ia-Peris | D. Navas-Nicol'as | A. Sergi | Y. Wang | R. Zaki | A. Rodr'iguez | L. Kolupaeva | M. Brunetti | S. Gilligan | G. Eurin | Q. Lin | Y. S. Jeong | C. Bourgeois | L. Isenhower | A. Cudd | J. Battat | A. Rigamonti | M.H.L.S. Wang | S. Copello | R. Conley | L. Bomben | I. Kakorin | A. Basharina-Freshville | P. Rosier | D. Torbunov | N. Kaneshige | E. Yandel | T. Carroll | P. Zilberman | Z. Pavlovic | O. Dalager | A. Major | G. Palacio | P. Hamacher-Baumann | A. Aduszkiewicz | D. M'endez | A. Chappell | A. Fiorentini | A. Earle | D. Munford | N. Vaughan | K. Yang | D. González-Díaz | K. S. Viii | A. Rakotonandrasana | L. Manzanillas | M. Bazetto | G. Chisnall | G. Souza | J. Larkin | R. Marie | M. Ayala-Torres | E. Belchior | S. Bhuller | Z. Chen | D. Douillet | P. Granger | E. Guerard | C. Hasnip | K. W. Hatfield | C. Hayes | G. Karaman | O. Kemularia | P. Kumar | S. Leardini | A. Madera | V. N. Manyam | M. Marchan | I. Mawby | T. McAskill | V. Mikola | H. Newton | F. Nicolas-Arnaldos | J. L. Palomino-Gallo | S. Raut | R. Razakamiandra | F. C. Rubio | R. Stanley | J. G. Suarez | M. Vicenzi | A. Wood | A. Yankelevich | N. Kurita | C. Jes'us-Valls | J. F. C. Forero | H. Yu | K. Hennessy | F. Muheim | R. Nandakumar | T. Hasegawa | J. Brooke | P. Calafiura | J. Conrad | R. M. Almeida | B. Bilki | M. C. Silva | S. Jackson | R. Stein | G. Zeit