First Measurement of the Muon Neutrino Charged Current Single Pion Production Cross Section on Water with the T2K Near Detector

K. Abe , C. Andreopoulos , M. Antonova , S. Aoki , A. Ariga , S. Assylbekov , D. Autiero (1) , S. Ban , M. Barbi , G. J. Barker , G. Barr , P. Bartet-Friburg (2) , M. Batkiewicz , F. Bay , V. Berardi , S. Berkman , S. Bhadra , S. Bienstock , A. Blondel , S. Bolognesi (3) , S. Bordoni , S. B. Boyd , D. Brailsford , A. Bravar , C. Bronner , M. Buizza Avanzini (4) , R. G. Calland , T. Campbell , S. Cao , J. Caravaca Rodríguez , S. L. Cartwright , R. Castillo , M. G. Catanesi , A. Cervera , D. Cherdack , N. Chikuma , G. Christodoulou , A. Clifton , J. Coleman , G. Collazuol , D. Coplowe , L. Cremonesi , A. Dabrowska , G. de Rosa , T. Dealtry , P. F. Denner , S. R. Dennis , C. Densham , D. Dewhurst , F. Di Lodovico , S. Di Luise , S. Dolan , O. Drapier (4) , K. E. Duffy , J. Dumarchez (2) , S. Dytman , M. Dziewiecki , S. Emery-Schrenk (3) , A. Ereditato , T. Feusels , A. J. Finch , G. A. Fiorentini , M. Friend , Y. Fujii , D. Fukuda , Y. Fukuda , A. P. Furmanski , V. Galymov (1) , A. Garcia , S. G. Giffin , C. Giganti (2) , K. Gilje , F. Gizzarelli (3) , M. Gonin (4) , N. Grant , D. R. Hadley , L. Haegel , M. D. Haigh , P. Hamilton , D. Hansen , J. Harada , T. Hara , M. Hartz , T. Hasegawa , N. C. Hastings , T. Hayashino , Y. Hayato , R. L. Helmer , M. Hierholzer , A. Hillairet , A. Himmel , T. Hiraki , S. Hirota , M. Hogan , J. Holeczek , S. Horikawa , F. Hosomi , K. Huang , A. K. Ichikawa , K. Ieki , M. Ikeda , J. Imber (4) , J. Insler , R. A. Intonti , T. J. Irvine , T. Ishida , T. Ishii , E. Iwai , K. Iwamoto , A. Izmaylov , A. Jacob , B. Jamieson , M. Jiang , S. Johnson , J. H. Jo , P. Jonsson , C. K. Jung , M. Kabirnezhad , A. C. Kaboth , T. Kajita , H. Kakuno , J. Kameda , D. Karlen , I. Karpikov , T. Katori , E. Kearns , M. Khabibullin , A. Khotjantsev , D. Kielczewska , T. Kikawa , H. Kim , J. Kim , S. King , J. Kisiel , A. Knight , A. Knox , T. Kobayashi , L. Koch , T. Koga , A. Konaka , K. Kondo , A. Kopylov , L. L. Kormos , A. Korzenev , Y. Koshio , W. Kropp , Y. Kudenko , R. Kurjata , T. Kutter , J. Lagoda , I. Lamont , E. Larkin , P. Lasorak , M. Laveder , M. Lawe , M. Lazos , T. Lindner , Z. J. Liptak , R. P. Litchfield , X. Li , A. Longhin , J. P. Lopez , T. Lou , L. Ludovici , X. Lu , L. Magaletti , K. Mahn , M. Malek , S. Manly , A. D. Marino , J. Marteau (1) , J. F. Martin , P. Martins , S. Martynenko , T. Maruyama , V. Matveev , K. Mavrokoridis , W. Y. Ma , E. Mazzucato (3) , M. Mccarthy , N. Mccauley , K. S. Mcfarland , C. Mcgrew , A. Mefodiev , C. Metelko , M. Mezzetto , P. Mijakowski , C. A. Miller , A. Minamino , O. Mineev , S. Mine , A. Missert , M. Miura , S. Moriyama , Th. A. Mueller (4) , S. Murphy , J. Myslik , T. Nakadaira , M. Nakahata , K. G. Nakamura , K. Nakamura , K. D. Nakamura , S. Nakayama , T. Nakaya , K. Nakayoshi , C. Nantais , C. Nielsen , M. Nirkko , K. Nishikawa , Y. Nishimura , P. Novella , J. Nowak , H. M. O'Keeffe , R. Ohta , K. Okumura , T. Okusawa , W. Oryszczak , S. M. Oser , T. Ovsyannikova , R. A. Owen , Y. Oyama , V. Palladino , J. L. Palomino , V. Paolone , N. D. Patel , M. Pavin (2) , D. Payne , J. D. Perkin , Y. Petrov , L. Pickard , L. Pickering , E. S. Pinzon Guerra , C. Pistillo , B. Popov (2) , M. Posiadala-Zezula , J. -M. Poutissou , R. Poutissou , P. Przewlocki , B. Quilain , T. Radermacher , E. Radicioni , P. N. Ratoff , M. Ravonel , M. A. M. Rayner , A. Redij , E. Reinherz-Aronis , C. Riccio , P. Rojas , E. Rondio , S. Roth , A. Rubbia , A. Rychter , R. Sacco , K. Sakashita , F. Sánchez , F. Sato , E. Scantamburlo , K. Scholberg , S. Schoppmann , J. Schwehr , M. Scott , Y. Seiya , T. Sekiguchi , H. Sekiya , D. Sgalaberna , R. Shah , A. Shaikhiev , F. Shaker , D. Shaw , M. Shiozawa , T. Shirahige , S. Short , M. Smy , J. T. Sobczyk , H. Sobel , M. Sorel , L. Southwell , P. Stamoulis , J. Steinmann , T. Stewart , P. Stowell , Y. Suda , S. Suvorov , A. Suzuki , K. Suzuki , S. Y. Suzuki , Y. Suzuki , R. Tacik , M. Tada , S. Takahashi , A. Takeda , Y. Takeuchi , H. K. Tanaka , H. A. Tanaka , D. Terhorst , R. Terri , T. Thakore , L. F. Thompson , S. Tobayama , W. Toki , T. Tomura , C. Touramanis , T. Tsukamoto , M. Tzanov , Y. Uchida , A. Vacheret , M. Vagins , Z. Vallari , G. Vasseur (3) , T. Wachala , K. Wakamatsu , C. W. Walter , D. Wark , W. Warzycha , M. O. Wascko , A. Weber , R. Wendell , R. J. Wilkes , M. J. Wilking , C. Wilkinson , J. R. Wilson , R. J. Wilson , Y. Yamada , K. Yamamoto , M. Yamamoto , C. Yanagisawa , T. Yano , S. Yen , N. Yershov , M. Yokoyama , J. Yoo , K. Yoshida , T. Yuan , M. Yu , A. Zalewska , J. Zalipska , L. Zambelli , K. Zaremba , M. Ziembicki , E. D. Zimmerman , M. Zito (3) , J. . Zmuda

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

The T2K off-axis near detector, ND280, is used to make the first differential cross section measurements of muon neutrino charged current single positive pion production on a water target at energies ${\sim}0.8$~GeV. The differential measurements are presented as a function of muon and pion kinematics, in the restricted phase-space defined by $p_{\pi^+}>200$MeV/c, $p_{\mu^-}>200$MeV/c, $\cos \theta_{\pi^+}>0.3$ and $\cos \theta_{\mu^-}>0.3$. The total flux integrated $\nu_\mu$ charged current single positive pion production cross section on water in the restricted phase-space is measured to be $\langle\sigma\rangle_\phi=4.25\pm0.48~(\mathrm{stat})\pm1.56~(\mathrm{syst})\times10^{-40}~\mathrm{cm}^{2}/\mathrm{nucleon}$. The total cross section is consistent with the NEUT prediction ($5.03\times10^{-40}~\mathrm{cm}^{2}/\mathrm{nucleon}$) and 2$\sigma$ lower than the GENIE prediction ($7.68\times10^{-40}~\mathrm{cm}^{2}/\mathrm{nucleon}$). The differential cross sections are in good agreement with the NEUT generator. The GENIE simulation reproduces well the shapes of the distributions, but over-estimates the overall cross section normalization.

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

K. Abe, C. Andreopoulos, M. Antonova, S. Aoki, A. Ariga, et al.. First Measurement of the Muon Neutrino Charged Current Single Pion Production Cross Section on Water with the T2K Near Detector. Physical Review D, 2017, 95, pp.012010. ⟨10.1103/PhysRevD.95.012010⟩. ⟨in2p3-01321555⟩