학술논문
Measurements of $\bar{\nu}_{\mu}$ and $\bar{\nu}_{\mu} + \nu_{\mu}$ charged-current cross-sections without detected pions nor protons on water and hydrocarbon at mean antineutrino energy of 0.86 GeV
Document Type
Working Paper
Author
Abe, K.; Akhlaq, N.; Akutsu, R.; Ali, A.; Alt, C.; Andreopoulos, C.; Anthony, L.; Antonova, M.; Aoki, S.; Ariga, A.; Arihara, T.; Asada, Y.; Ashida, Y.; Atkin, E. T.; Awataguchi, Y.; Ban, S.; Barbi, M.; Barker, G. J.; Barr, G.; Barrow, D.; Barry, C.; Batkiewicz-Kwasniak, M.; Beloshapkin, A.; Bench, F.; Berardi, V.; Berkman, S.; Berns, L.; Bhadra, S.; Bienstock, S.; Blondel, A.; Bolognesi, S.; Bonus, T.; Bourguille, B.; Boyd, S. B.; Brailsford, D.; Bravar, A.; Berguño, D. Bravo; Bronner, C.; Bron, S.; Bubak, A.; Avanzini, M. Buizza; Calcutt, J.; Campbell, T.; Cao, S.; Cartwright, S. L.; Catanesi, M. G.; Cervera, A.; Chappell, A.; Checchia, C.; Cherdack, D.; Chikuma, N.; Christodoulou, G.; Cicerchia, M.; Coleman, J.; Collazuol, G.; Cook, L.; Coplowe, D.; Cudd, A.; Dabrowska, A.; De Rosa, G.; Dealtry, T.; Denner, P. F.; Dennis, S. R.; Densham, C.; Di Lodovico, F.; Dokania, N.; Dolan, S.; Doyle, T. A.; Drapier, O.; Dumarchez, J.; Dunne, P.; Eguchi, A.; Eklund, L.; Emery-Schrenk, S.; Ereditato, A.; Fernandez, P.; Feusels, T.; Finch, A. J.; Fiorentini, G. A.; Fiorillo, G.; Francois, C.; Friend, M.; Fujii, Y.; Fujita, R.; Fukuda, D.; Fukuda, R.; Fukuda, Y.; Fusshoeller, K.; Gameil, K.; Giganti, C.; Golan, T.; Gonin, M.; Gorin, A.; Guigue, M.; Hadley, D. R.; Haigh, J. T.; Hamacher-Baumann, P.; Hartz, M.; Hasegawa, T.; Hassani, S.; Hastings, N. C.; Hayashino, T.; Hayato, Y.; Hiramoto, A.; Hogan, M.; Holeczek, J.; Van, N. T. Hong; Honjo, T.; Iacob, F.; Ichikawa, A. K.; Ikeda, M.; Ishida, T.; Ishii, T.; Ishitsuka, M.; Iwamoto, K.; Izmaylov, A.; Izumi, N.; Jakkapu, M.; Jamieson, B.; Jenkins, S. J.; Jesús-Valls, C.; Jiang, M.; Johnson, S.; Jonsson, P.; Jung, C. K.; Junjie, X.; Kabirnezhad, M.; Kaboth, A. C.; Kajita, T.; Kakuno, H.; Kameda, J.; Karlen, D.; Kasetti, K.; Kataoka, Y.; Katayama, Y.; Katori, T.; Kato, Y.; Kearns, E.; Khabibullin, M.; Khotjantsev, A.; Kikawa, T.; Kikutani, H.; Kim, H.; Kim, J.; King, S.; Kisiel, J.; Knight, A.; Knox, A.; Kobata, T.; Kobayashi, T.; Koch, L.; Koga, T.; Konaka, A.; Kormos, L. L.; Koshio, Y.; Kostin, A.; Kowalik, K.; Kubo, H.; Kudenko, Y.; Kukita, N.; Kuribayashi, S.; Kurjata, R.; Kutter, T.; Kuze, M.; Labarga, L.; Lagoda, J.; Lamoureux, M.; Last, D.; Laveder, M.; Lawe, M.; Licciardi, M.; Lindner, T.; Litchfield, R. P.; Liu, S. L.; Li, X.; Longhin, A.; Ludovici, L.; Lu, X.; Lux, T.; Machado, L. N.; Magaletti, L.; Mahn, K.; Malek, M.; Manly, S.; Maret, L.; Marino, A. D.; Marti-Magro, L.; Martin, J. F.; Maruyama, T.; Matsubara, T.; Matsushita, K.; Matveev, V.; Mauger, C.; Mavrokoridis, K.; Mazzucato, E.; McCarthy, M.; McCauley, N.; McElwee, J.; McFarland, K. S.; McGrew, C.; Mefodiev, A.; Metelko, C.; Mezzetto, M.; Minamino, A.; Mineev, O.; Mine, S.; Miura, M.; Bueno, L. Molina; Moriyama, S.; Morrison, J.; Mueller, Th. A.; Munteanu, L.; Murphy, S.; Nagai, Y.; Nakadaira, T.; Nakahata, M.; Nakajima, Y.; Nakamura, A.; Nakamura, K. G.; Nakamura, K.; Nakayama, S.; Nakaya, T.; Nakayoshi, K.; Nantais, C.; Naseby, C. E. R.; Ngoc, T. V.; Niewczas, K.; Nishikawa, K.; Nishimura, Y.; Noah, E.; Nonnenmacher, T. S.; Nova, F.; Novella, P.; Nowak, J.; Nugent, J. C.; O'Keeffe, H. M.; O'Sullivan, L.; Odagawa, T.; Ogawa, T.; Okada, R.; Okumura, K.; Okusawa, T.; Oser, S. M.; Owen, R. A.; Oyama, Y.; Palladino, V.; Palomino, J. L.; Paolone, V.; Pari, M.; Parker, W. C.; Parsa, S.; Pasternak, J.; Paudyal, P.; Pavin, M.; Payne, D.; Penn, G. C.; Pickering, L.; Pidcott, C.; Pintaudi, G.; Guerra, E. S. Pinzon; Pistillo, C.; Popov, B.; Porwit, K.; Posiadala-Zezula, M.; Pritchard, A.; Quilain, B.; Radermacher, T.; Radicioni, E.; Radics, B.; Ratoff, P. N.; Reinherz-Aronis, E.; Riccio, C.; Rondio, E.; Roth, S.; Rubbia, A.; Ruggeri, A. C.; Ruggles, C.; Rychter, A.; Sakashita, K.; Sánchez, F.; Santucci, G.; Schloesser, C. M.; Scholberg, K.; Schwehr, J.; Scott, M.; Seiya, Y.; Sekiguchi, T.; Sekiya, H.; Sgalaberna, D.; Shah, R.; Shaikhiev, A.; Shaker, F.; Shaykina, A.; Shiozawa, M.; Shorrock, W.; Shvartsman, A.; Smirnov, A.; Smy, M.; Sobczyk, J. T.; Sobel, H.; Soler, F. J. P.; Sonoda, Y.; Steinmann, J.; Suvorov, S.; Suzuki, A.; Suzuki, S. Y.; Suzuki, Y.; Sztuc, A. A.; Tada, M.; Tajima, M.; Takeda, A.; Takeuchi, Y.; Tanaka, H. K.; Tanaka, H. A.; Tanaka, S.; Tanihara, Y.; Teshima, N.; Thompson, L. F.; Toki, W.; Touramanis, C.; Towstego, T.; Tsui, K. M.; Tsukamoto, T.; Tzanov, M.; Uchida, Y.; Uno, W.; Vagins, M.; Valder, S.; Vallari, Z.; Vargas, D.; Vasseur, G.; Vilela, C.; Vinning, W. G. S.; Vladisavljevic, T.; Volkov, V. V.; Wachala, T.; Walker, J.; Walsh, J. G.; Wang, Y.; Wark, D.; Wascko, M. O.; Weber, A.; Wendell, R.; Wilking, M. J.; Wilkinson, C.; Wilson, J. R.; Wilson, R. J.; Wood, K.; Wret, C.; Yamada, Y.; Yamamoto, K.; Yanagisawa, C.; Yang, G.; Yano, T.; Yasutome, K.; Yen, S.; Yershov, N.; Yokoyama, M.; Yoshida, T.; Yu, M.; Zalewska, A.; Zalipska, J.; Zaremba, K.; Zarnecki, G.; Ziembicki, M.; Zimmerman, E. D.; Zito, M.; Zsoldos, S.; Zykova, A.
Source
Prog Theor Exp Phys (2021)
Subject
Language
Abstract
We report measurements of the flux-integrated $\bar{\nu}_\mu$ and $\bar{\nu}_\mu+\nu_\mu$ charged-current cross-sections on water and hydrocarbon targets using the T2K anti-neutrino beam, with a mean neutrino energy of 0.86 GeV. The signal is defined as the (anti-)neutrino charged-current interaction with one induced $\mu^\pm$ and no detected charged pion nor proton. These measurements are performed using a new WAGASCI module recently added to the T2K setup in combination with the INGRID Proton module. The phase space of muons is restricted to the high-detection efficiency region, $p_{\mu}>400~{\rm MeV}/c$ and $\theta_{\mu}<30^{\circ}$, in the laboratory frame. Absence of pions and protons in the detectable phase space of "$p_{\pi}>200~{\rm MeV}/c$ and $\theta_{\pi}<70^{\circ}$", and "$p_{\rm p}>600~{\rm MeV}/c$ and $\theta_{\rm p}<70^{\circ}$" is required. In this paper, both of the $\bar{\nu}_\mu$ cross-sections and $\bar{\nu}_\mu+\nu_\mu$ cross-sections on water and hydrocarbon targets, and their ratios are provided by using D'Agostini unfolding method. The results of the integrated $\bar{\nu}_\mu$ cross-section measurements over this phase space are $\sigma_{\rm H_{2}O}\,=\,(1.082\pm0.068(\rm stat.)^{+0.145}_{-0.128}(\rm syst.)) \times 10^{-39}~{\rm cm^{2}/nucleon}$, $\sigma_{\rm CH}\,=\,(1.096\pm0.054(\rm stat.)^{+0.132}_{-0.117}(\rm syst.)) \times 10^{-39}~{\rm cm^{2}/nucleon}$, and $\sigma_{\rm H_{2}O}/\sigma_{\rm CH} = 0.987\pm0.078(\rm stat.)^{+0.093}_{-0.090}(\rm syst.)$. The $\bar{\nu}_\mu+\nu_\mu$ cross-section is $\sigma_{\rm H_{2}O} = (1.155\pm0.064(\rm stat.)^{+0.148}_{-0.129}(\rm syst.)) \times 10^{-39}~{\rm cm^{2}/nucleon}$, $\sigma_{\rm CH}\,=\,(1.159\pm0.049(\rm stat.)^{+0.129}_{-0.115}(\rm syst.)) \times 10^{-39}~{\rm cm^{2}/nucleon}$, and $\sigma_{\rm H_{2}O}/\sigma_{\rm CH}\,=\,0.996\pm0.069(\rm stat.)^{+0.083}_{-0.078}(\rm syst.)$.