Simultaneous measurement of the muon neutrino charged-current cross section on oxygen and carbon without pions in the final state at T2K

K. Abe , N. Akhlaq , R. Akutsu , A. Ali , C. Alt , C. Andreopoulos , L. Anthony , M. Antonova , S. Aoki , A. Ariga , T. Arihara , Y. Asada , Y. Ashida , E.T. Atkin , Y. Awataguchi , S. Ban , M. Barbi , G.J. Barker , G. Barr , D. Barrow , M. Batkiewicz-Kwasniak , A. Beloshapkin , F. Bench , V. Berardi , L. Berns , S. Bhadra , S. Bienstock (1) , S. Bolognesi (2) , T. Bonus , B. Bourguille , S.B. Boyd , A. Bravar , D. Bravo Berguño , C. Bronner , S. Bron , A. Bubak , M. Buizza Avanzini (3) , T. Campbell , S. Cao , S.L. Cartwright , M.G. Catanesi , A. Cervera , D. Cherdack , N. Chikuma , G. Christodoulou , M. Cicerchia , J. Coleman , G. Collazuol , L. Cook , D. Coplowe , A. Cudd , A. Dabrowska , G. De Rosa , T. Dealtry , S.R. Dennis , C. Densham , F. Di Lodovico , N. Dokania , S. Dolan , T.A. Doyle , O. Drapier (3) , J. Dumarchez (1) , P. Dunne , A. Eguchi , L. Eklund , S. Emery-Schrenk (2) , A. Ereditato , A.J. Finch , G.A. Fiorentini , G. Fiorillo , C. Francois , M. Friend , Y. Fujii , R. Fujita , D. Fukuda , R. Fukuda , Y. Fukuda , K. Fusshoeller , C. Giganti (1) , M. Gonin (3) , A. Gorin , M. Guigue (1) , D.R. Hadley , J.T. Haigh , P. Hamacher-Baumann , M. Hartz , T. Hasegawa , S. Hassani (2) , N.C. Hastings , Y. Hayato , A. Hiramoto , M. Hogan , J. Holeczek , N.T. Hong Van , T. Honjo , F. Iacob , A.K. Ichikawa , M. Ikeda , T. Ishida , M. Ishitsuka , K. Iwamoto , A. Izmaylov , N. Izumi , M. Jakkapu , B. Jamieson , S.J. Jenkins , C. Jesús-Valls , M. Jiang , P. Jonsson , C.K. Jung , X. Junjie , P.B. Jurj , M. Kabirnezhad , A.C. Kaboth , T. Kajita , H. Kakuno , J. Kameda , D. Karlen , S.P. Kasetti , Y. Kataoka , Y. Katayama , T. Katori , Y. Kato , E. Kearns , M. Khabibullin , A. Khotjantsev , T. Kikawa , H. Kikutani , H. Kim , S. King , J. Kisiel , A. Knight , T. Kobata , T. Kobayashi , L. Koch , T. Koga , A. Konaka , L.L. Kormos , Y. Koshio , A. Kostin , K. Kowalik , H. Kubo , Y. Kudenko , N. Kukita , S. Kuribayashi , R. Kurjata , T. Kutter , M. Kuze , L. Labarga , J. Lagoda , M. Lamoureux , D. Last , M. Lawe , M. Licciardi (3) , R.P. Litchfield , S.L. Liu , X. Li , A. Longhin , L. Ludovici , X. Lu , T. Lux , L.N. Machado , L. Magaletti , K. Mahn , M. Malek , S. Manly , L. Maret , A.D. Marino , L. Marti-Magro , T. Maruyama , T. Matsubara , K. Matsushita , V. Matveev , C. Mauger , K. Mavrokoridis , E. Mazzucato (2) , N. Mccauley , J. Mcelwee , K.S. Mcfarland , C. Mcgrew , A. Mefodiev , C. Metelko , M. Mezzetto , A. Minamino , O. Mineev , S. Mine , M. Miura , L. Molina Bueno , S. Moriyama , Th.A. Mueller (3) , L. Munteanu (2) , S. Murphy , Y. Nagai , T. Nakadaira , M. Nakahata , Y. Nakajima , A. Nakamura , K. Nakamura , S. Nakayama , T. Nakaya , K. Nakayoshi , C.E.R. Naseby , T.V. Ngoc , K. Niewczas , K. Nishikawa , Y. Nishimura , E. Noah , T.S. Nonnenmacher , F. Nova , P. Novella , J. Nowak , J.C. Nugent , H.M. O'Keeffe , L. O'Sullivan , T. Odagawa , T. Ogawa , R. Okada , K. Okumura , T. Okusawa , S.M. Oser , R.A. Owen , Y. Oyama , V. Palladino , V. Paolone , M. Pari , W.C. Parker , S. Parsa , J. Pasternak , M. Pavin , D. Payne , G.C. Penn , L. Pickering , C. Pidcott , G. Pintaudi , C. Pistillo , B. Popov (1) , K. Porwit , M. Posiadala-Zezula , A. Pritchard , B. Quilain (3) , T. Radermacher , E. Radicioni , B. Radics , P.N. Ratoff , C. Riccio , E. Rondio , S. Roth , A. Rubbia , A.C. Ruggeri , C. Ruggles , A. Rychter , K. Sakashita , F. Sánchez , G. Santucci , C.M. Schloesser , K. Scholberg , M. Scott , Y. Seiya , T. Sekiguchi , H. Sekiya , D. Sgalaberna , A. Shaikhiev , A. Shaykina , M. Shiozawa , W. Shorrock , A. Shvartsman , M. Smy , J.T. Sobczyk , H. Sobel , F.J.P. Soler , Y. Sonoda , S. Suvorov (2) , A. Suzuki , S.Y. Suzuki , Y. Suzuki , A.A. Sztuc , M. Tada , M. Tajima , A. Takeda , Y. Takeuchi , H.K. Tanaka , H.A. Tanaka , S. Tanaka , Y. Tanihara , M. Tani , N. Teshima , L.F. Thompson , W. Toki , C. Touramanis , T. Towstego , K.M. Tsui , T. Tsukamoto , M. Tzanov , Y. Uchida , M. Vagins , S. Valder , Z. Vallari , D. Vargas , G. Vasseur (2) , W.G.S. Vinning , T. Vladisavljevic , V.V. Volkov , T. Wachala , J. Walker , J.G. Walsh , Y. Wang , D. Wark , M.O. Wascko , A. Weber , R. Wendell , M.J. Wilking , C. Wilkinson , J.R. Wilson , K. Wood , C. Wret , K. Yamamoto , C. Yanagisawa , G. Yang , T. Yano , K. Yasutome , N. Yershov , M. Yokoyama , T. Yoshida , M. Yu , A. Zalewska , J. Zalipska , K. Zaremba , G. Zarnecki , M. Ziembicki , E.D. Zimmerman , M. Zito (1) , S. Zsoldos , A. Zykova

1 LPNHE (UMR_7585) - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
2 IRFU - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
3 LLR - Laboratoire Leprince-Ringuet

This paper reports the first simultaneous measurement of the double differential muon neutrino charged-current cross section on oxygen and carbon without pions in the final state as a function of the outgoing muon kinematics, made at the ND280 off-axis near detector of the T2K experiment. The ratio of the oxygen and carbon cross sections is also provided to help validate various models’ ability to extrapolate between carbon and oxygen nuclear targets, as is required in T2K oscillation analyses. The data are taken using a neutrino beam with an energy spectrum peaked at 0.6 GeV. The extracted measurement is compared with the prediction from different Monte Carlo neutrino-nucleus interaction event generators, showing particular model separation for very forward-going muons. Overall, of the models tested, the result is best described using local Fermi gas descriptions of the nuclear ground state with RPA suppression.

Mots clés: Particle Physics Experiments; cross section: charged current; channel cross section: measured; nucleus: target; neutrino/mu: secondary beam; neutrino nucleus: interaction; nucleus: ground state; oxygen; carbon; J-PARC Lab; KAMIOKANDE; numerical calculations: Monte Carlo; random phase approximation; neutrino: energy spectrum; near detector; neutrino: oscillation; suppression; kinematics; Fermi gas; experimental results

Domaines: Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]

K. Abe, N. Akhlaq, R. Akutsu, A. Ali, C. Alt, et al.. Simultaneous measurement of the muon neutrino charged-current cross section on oxygen and carbon without pions in the final state at T2K. Physical Review D, 2020, 101 (11), pp.112004. ⟨10.1103/PhysRevD.101.112004⟩. ⟨hal-02864289⟩