First Differential Measurement of the Single 𝜋 + Production Cross Section in Neutrino Neutral-Current Scattering

Abe, K.; Abe, S.; Akutsu, R.; Alarakia-Charles, H.; Alj Hakim, Y.  i.; Alonso Monsalve, S.; Anthony, L.; Aoki, S.; Apte, K.  a.; Arai, T.; Arihara, T.; Arimoto, S.; Ashida, Y.; Atkin, E.  t.; Babu, N.; Baranov, V.; Barker, G.  j.; Barr, G.; Barrow, D.; Bates, P.; Bathe-Peters, L.; Batkiewicz-Kwasniak, M.; Baudis, N.; Berardi, V.; Berns, L.; Bhattacharjee, S.; Blanchet, A.; Blondel, A.; Bolognesi, S.; Bordoni, S.; Boyd, S.  b.; Bronner, C.; Bubak, A.; Buizza Avanzini, M.; Caballero, J.  a.; Cadoux, F.; Calabria, N.  f.; Cao, S.; Cap, S.; Carabadjac, D.; Cartwright, S.  l.; Casado, M.  p.; Catanesi, M.  g.; Chakrani, J.; Chalumeau, A.; Chvirova, A.; Collazuol, G.; Cormier, F.; Craplet, A.  a.  l.; Cudd, A.; D'Ago, D.; Dalmazzone, C.; Daret, T.; Dasgupta, P.; Davis, C.; Davydov, Yu.  i.; De Rosa, G.; Dealtry, T.; Densham, C.; Dergacheva, A.; Dharmapal Banerjee, R.; Di Lodovico, F.; Diaz Lopez, G.; Dolan, S.; Douqa, D.; Doyle, T.  a.; Drapier, O.; Duffy, K.  e.; Dumarchez, J.; Dunne, P.; Dygnarowicz, K.; Eguchi, A.; Elias, J.; Emery-Schrenk, S.; Erofeev, G.; Ershova, A.; Eurin, G.; Fedorova, D.; Fedotov, S.; Feltre, M.; Feng, L.; Ferlewicz, D.; Finch, A.  j.; Fitton, M.  d.; Forza, C.; Friend, M.; Fujii, Y.; Fukuda, Y.; Furui, Y.; García-Marcos, J.; Germer, A.  c.; Giannessi, L.; Giganti, C.; Glagolev, V.; Gonin, M.; González Jiménez, R.; González Rosa, J.; Goodman, E.  a.  g.; Gorshanov, K.; Govindaraj, P.; Grassi, M.; Guigue, M.; Guo, F.  y.; Hadley, D.  r.; Han, S.; Harris, D.  a.; Harris, R.  j.; Hasegawa, T.; Hasnip, C.  m.; Hassani, S.; Hastings, N.  c.; Hayato, Y.; Heitkamp, I.; Henaff, D.; Hino, Y.; Holeczek, J.; Holin, A.; Holvey, T.; Hong Van, N.  t.; Honjo, T.; Hooft, M.  c.  f.; Hosokawa, K.; Hu, J.; Ichikawa, A.  k.; Ieki, K.; Ikeda, M.; Ishida, T.; Ishitsuka, M.; Izmaylov, A.; Jachowicz, N.; Jenkins, S.  j.; Jesús-Valls, C.; Jia, M.; Jiang, J.  j.; J.  y., Ji; Jones, T.  p.; Jonsson, P.; Joshi, S.; Kabirnezhad, M.; Kaboth, A.  c.; Kakuno, H.; Kameda, J.; Karpova, S.; Kasturi, V.  s.; Kataoka, Y.; Katori, T.; Kawamura, Y.; Kawaue, M.; Kearns, E.; Khabibullin, M.; Khotjantsev, A.; Kikawa, T.; King, S.; Kiseeva, V.; Kisiel, J.; Klustová, A.; Kneale, L.; Kobayashi, H.; Koch, L.; Kodama, S.; Kolupanova, M.; Konaka, A.; Kormos, L.  l.; Koshio, Y.; Kowalik, K.; Kudenko, Y.; Kudo, Y.; Kumar Jha, A.; Kurjata, R.; Kurochka, V.; Kutter, T.; Labarga, L.; Lachat, M.; Lachner, K.; Lagoda, J.; Lakshmi, S.  m.; Lamers James, M.; Langella, A.; Langridge, D.  h.; Laporte, J. -F.; Last, D.; Latham, N.; Laveder, M.; Lawe, M.; Leon Silverio, D.; Levorato, S.; Lewis, S.  v.; Li, B.; Lin, C.; Litchfield, R.  p.; Liu, S.  l.; Li, W.; Longhin, A.; Lopez Moreno, A.; Ludovici, L.; Lu, X.; Lux, T.; Machado, L.  n.; Magaletti, L.; Mahn, K.; Mahtani, K.  k.; Mandal, M.; Manly, S.; Marino, A.  d.; Martin, D.  g.  r.; Martinez Caicedo, D.  a.; Martinez, L.; Martini, M.; Matsubara, T.; Matsumoto, R.; Matveev, V.; Mauger, C.; Mavrokoridis, K.; Mccauley, N.; Mcfarland, K.  s.; Mckean, J.; Mefodiev, A.; Megias, G.  d.; Mellet, L.; Mezzetto, M.; Miki, S.; Mikola, V.; Miller, E.  w.; Minamino, A.; Mineev, O.; Mine, S.; Mirabito, J.; Miura, M.; Moriyama, S.; Moriyama, S.; Morrison, P.; Mueller, Th.  a.; Munford, D.; Muñoz, A.; Munteanu, L.; Nagai, Y.; Nakadaira, T.; Nakagiri, K.; Nakahata, M.; Nakajima, Y.; Nakamura, K.  d.; Nakano, Y.; Nakayama, S.; Nakaya, T.; Nakayoshi, K.; Naseby, C.  e.  r.; Nguyen, D.  t.; Nguyen, V.  q.; Niewczas, K.; Nishimori, S.; Nishimura, Y.; Noguchi, Y.; Nosek, T.; Nova, F.; Nugent, J.  c.; O'Keeffe, H.  m.; O'Sullivan, L.; Okazaki, R.; Okinaga, W.; Okumura, K.; Okusawa, T.; Onda, N.; Ospina, N.; Osu, L.; Oyama, Y.; Paolone, V.; Pasternak, J.; Pfaff, M.; Pickering, L.; Popov, B.; Portocarrero Yrey, A.  j.; Posiadala-Zezula, M.; Prabhu, Y.  s.; Prasad, H.; Pupilli, F.; Quilain, B.; Quyen, P.  t.; Radicioni, E.; Radics, B.; Ramirez, M.  a.; Ramsden, R.; Ratoff, P.  n.; Reh, M.; Reina, G.; Riccio, C.; Riley, D.  w.; Rondio, E.; Roth, S.; Roy, N.; Rubbia, A.; Russo, L.; Rychter, A.; Saenz, W.; Sakashita, K.; Sánchez, F.; Sandford, E.  m.; Sato, Y.; Schefke, T.; Schloesser, C.  m.; Scholberg, K.; Scott, M.; Seiya, Y.; Sekiguchi, T.; Sekiya, H.; Sekiya, T.; Seppala, D.; Sgalaberna, D.; Shaikhiev, A.; Shiozawa, M.; Shiraishi, Y.; Shvartsman, A.; Skrobova, N.; Skwarczynski, K.; Smyczek, D.; Smy, M.; Sobczyk, J.  t.; Sobel, H.; Soler, F.  j.  p.; Speers, A.  j.; Spina, R.; Srivastava, A.; Stowell, P.; Stroke, Y.; Suslov, I.  a.; Suzuki, A.; Suzuki, S.  y.; Tada, M.; Tairafune, S.; Takeda, A.; Takeuchi, Y.; Tanaka, H.  k.; Tanigawa, H.; Tereshchenko, V.  v.; Thamm, N.; Tran, N.; Tsukamoto, T.; Tzanov, M.; Uchida, Y.; Vagins, M.; Varghese, M.; Vasilyev, I.; Vasseur, G.; Villa, E.; Virginet, U.; Vladisavljevic, T.; Wachala, T.; Wakabayashi, D.; Wallace, H.  t.; Walsh, J.  g.; Wan, L.; Wark, D.; Wascko, M.  o.; Weber, A.; Wendell, R.; Wilking, M.  j.; Wilkinson, C.; Wilson, J.  r.; Wood, K.; Wret, C.; Xia, J.; Yamamoto, K.; Yamamoto, T.; Yang, Y.; Yano, T.; Yershov, N.; Yevarouskaya, U.; Yokoyama, M.; Yoshimoto, Y.; Yoshimura, N.; Zaki, R.; Zalewska, A.; Zalipska, J.; Zarnecki, G.; Zhang, J.; Zhao, X.  y.; Zheng, H.; Zhong, H.; Zhu, T.; Ziembicki, M.; Zimmerman, E.  d.; Zito, M.; Zsoldos, S.; Null, Null

doi:10.1103/6d32-l452

Since its first observation in the 1970s, neutrino-induced neutral-current single positive pion production(NC1 π+) has remained an elusive and poorly understood interaction channel. This process is a significant background in neutrino oscillation experiments and studying it further is critical for the physics program of next-generation accelerator-based neutrino oscillation experiments. In this Letter, we present the first double-differential cross-section measurement of NC1 π+ interactions using data from the ND280 detector of the T2K experiment collected in ν-beam mode. The measured flux-averaged integrated cross section is σ = 6.07(+ -)1.22 × 10^(-41) cm^2/nucleon. We compare the results on a hydrocarbon target to the predictions of several neutrino interaction generators and final-state-interaction models. While model predictions agree with the differential results, the data show a weak preference for a cross-section normalization approximately 30% higher than predicted by most models studied in this Letter.

First Differential Measurement of the Single 𝜋 + Production Cross Section in Neutrino Neutral-Current Scattering / Abe, K.; Abe, S.; Akutsu, R.; Alarakia-Charles, H.; Alj Hakim, Y. i.; Alonso Monsalve, S.; Anthony, L.; Aoki, S.; Apte, K. a.; Arai, T.; Arihara, T.; Arimoto, S.; Ashida, Y.; Atkin, E. t.; Babu, N.; Baranov, V.; Barker, G. j.; Barr, G.; Barrow, D.; Bates, P.; Bathe-Peters, L.; Batkiewicz-Kwasniak, M.; Baudis, N.; Berardi, V.; Berns, L.; Bhattacharjee, S.; Blanchet, A.; Blondel, A.; Bolognesi, S.; Bordoni, S.; Boyd, S. b.; Bronner, C.; Bubak, A.; Buizza Avanzini, M.; Caballero, J. a.; Cadoux, F.; Calabria, N. f.; Cao, S.; Cap, S.; Carabadjac, D.; Cartwright, S. l.; Casado, M. p.; Catanesi, M. g.; Chakrani, J.; Chalumeau, A.; Chvirova, A.; Collazuol, G.; Cormier, F.; Craplet, A. a. l.; Cudd, A.; D'Ago, D.; Dalmazzone, C.; Daret, T.; Dasgupta, P.; Davis, C.; Davydov, Yu. i.; De Rosa, G.; Dealtry, T.; Densham, C.; Dergacheva, A.; Dharmapal Banerjee, R.; Di Lodovico, F.; Diaz Lopez, G.; Dolan, S.; Douqa, D.; Doyle, T. a.; Drapier, O.; Duffy, K. e.; Dumarchez, J.; Dunne, P.; Dygnarowicz, K.; Eguchi, A.; Elias, J.; Emery-Schrenk, S.; Erofeev, G.; Ershova, A.; Eurin, G.; Fedorova, D.; Fedotov, S.; Feltre, M.; Feng, L.; Ferlewicz, D.; Finch, A. j.; Fitton, M. d.; Forza, C.; Friend, M.; Fujii, Y.; Fukuda, Y.; Furui, Y.; García-Marcos, J.; Germer, A. c.; Giannessi, L.; Giganti, C.; Glagolev, V.; Gonin, M.; González Jiménez, R.; González Rosa, J.; Goodman, E. a. g.; Gorshanov, K.; Govindaraj, P.; Grassi, M.; Guigue, M.; Guo, F. y.; Hadley, D. r.; Han, S.; Harris, D. a.; Harris, R. j.; Hasegawa, T.; Hasnip, C. m.; Hassani, S.; Hastings, N. c.; Hayato, Y.; Heitkamp, I.; Henaff, D.; Hino, Y.; Holeczek, J.; Holin, A.; Holvey, T.; Hong Van, N. t.; Honjo, T.; Hooft, M. c. f.; Hosokawa, K.; Hu, J.; Ichikawa, A. k.; Ieki, K.; Ikeda, M.; Ishida, T.; Ishitsuka, M.; Izmaylov, A.; Jachowicz, N.; Jenkins, S. j.; Jesús-Valls, C.; Jia, M.; Jiang, J. j.; Ji, J. y.; Jones, T. p.; Jonsson, P.; Joshi, S.; Kabirnezhad, M.; Kaboth, A. c.; Kakuno, H.; Kameda, J.; Karpova, S.; Kasturi, V. s.; Kataoka, Y.; Katori, T.; Kawamura, Y.; Kawaue, M.; Kearns, E.; Khabibullin, M.; Khotjantsev, A.; Kikawa, T.; King, S.; Kiseeva, V.; Kisiel, J.; Klustová, A.; Kneale, L.; Kobayashi, H.; Koch, L.; Kodama, S.; Kolupanova, M.; Konaka, A.; Kormos, L. l.; Koshio, Y.; Kowalik, K.; Kudenko, Y.; Kudo, Y.; Kumar Jha, A.; Kurjata, R.; Kurochka, V.; Kutter, T.; Labarga, L.; Lachat, M.; Lachner, K.; Lagoda, J.; Lakshmi, S. m.; Lamers James, M.; Langella, A.; Langridge, D. h.; Laporte, J. -F.; Last, D.; Latham, N.; Laveder, M.; Lawe, M.; Leon Silverio, D.; Levorato, S.; Lewis, S. v.; Li, B.; Lin, C.; Litchfield, R. p.; Liu, S. l.; Li, W.; Longhin, A.; Lopez Moreno, A.; Ludovici, L.; Lu, X.; Lux, T.; Machado, L. n.; Magaletti, L.; Mahn, K.; Mahtani, K. k.; Mandal, M.; Manly, S.; Marino, A. d.; Martin, D. g. r.; Martinez Caicedo, D. a.; Martinez, L.; Martini, M.; Matsubara, T.; Matsumoto, R.; Matveev, V.; Mauger, C.; Mavrokoridis, K.; Mccauley, N.; Mcfarland, K. s.; Mckean, J.; Mefodiev, A.; Megias, G. d.; Mellet, L.; Mezzetto, M.; Miki, S.; Mikola, V.; Miller, E. w.; Minamino, A.; Mineev, O.; Mine, S.; Mirabito, J.; Miura, M.; Moriyama, S.; Moriyama, S.; Morrison, P.; Mueller, Th. a.; Munford, D.; Muñoz, A.; Munteanu, L.; Nagai, Y.; Nakadaira, T.; Nakagiri, K.; Nakahata, M.; Nakajima, Y.; Nakamura, K. d.; Nakano, Y.; Nakayama, S.; Nakaya, T.; Nakayoshi, K.; Naseby, C. e. r.; Nguyen, D. t.; Nguyen, V. q.; Niewczas, K.; Nishimori, S.; Nishimura, Y.; Noguchi, Y.; Nosek, T.; Nova, F.; Nugent, J. c.; O'Keeffe, H. m.; O'Sullivan, L.; Okazaki, R.; Okinaga, W.; Okumura, K.; Okusawa, T.; Onda, N.; Ospina, N.; Osu, L.; Oyama, Y.; Paolone, V.; Pasternak, J.; Pfaff, M.; Pickering, L.; Popov, B.; Portocarrero Yrey, A. j.; Posiadala-Zezula, M.; Prabhu, Y. s.; Prasad, H.; Pupilli, F.; Quilain, B.; Quyen, P. t.; Radicioni, E.; Radics, B.; Ramirez, M. a.; Ramsden, R.; Ratoff, P. n.; Reh, M.; Reina, G.; Riccio, C.; Riley, D. w.; Rondio, E.; Roth, S.; Roy, N.; Rubbia, A.; Russo, L.; Rychter, A.; Saenz, W.; Sakashita, K.; Sánchez, F.; Sandford, E. m.; Sato, Y.; Schefke, T.; Schloesser, C. m.; Scholberg, K.; Scott, M.; Seiya, Y.; Sekiguchi, T.; Sekiya, H.; Sekiya, T.; Seppala, D.; Sgalaberna, D.; Shaikhiev, A.; Shiozawa, M.; Shiraishi, Y.; Shvartsman, A.; Skrobova, N.; Skwarczynski, K.; Smyczek, D.; Smy, M.; Sobczyk, J. t.; Sobel, H.; Soler, F. j. p.; Speers, A. j.; Spina, R.; Srivastava, A.; Stowell, P.; Stroke, Y.; Suslov, I. a.; Suzuki, A.; Suzuki, S. y.; Tada, M.; Tairafune, S.; Takeda, A.; Takeuchi, Y.; Tanaka, H. k.; Tanigawa, H.; Tereshchenko, V. v.; Thamm, N.; Tran, N.; Tsukamoto, T.; Tzanov, M.; Uchida, Y.; Vagins, M.; Varghese, M.; Vasilyev, I.; Vasseur, G.; Villa, E.; Virginet, U.; Vladisavljevic, T.; Wachala, T.; Wakabayashi, D.; Wallace, H. t.; Walsh, J. g.; Wan, L.; Wark, D.; Wascko, M. o.; Weber, A.; Wendell, R.; Wilking, M. j.; Wilkinson, C.; Wilson, J. r.; Wood, K.; Wret, C.; Xia, J.; Yamamoto, K.; Yamamoto, T.; Yang, Y.; Yano, T.; Yershov, N.; Yevarouskaya, U.; Yokoyama, M.; Yoshimoto, Y.; Yoshimura, N.; Zaki, R.; Zalewska, A.; Zalipska, J.; Zarnecki, G.; Zhang, J.; Zhao, X. y.; Zheng, H.; Zhong, H.; Zhu, T.; Ziembicki, M.; Zimmerman, E. d.; Zito, M.; Zsoldos, S.; Null, Null. - In: PHYSICAL REVIEW LETTERS. - ISSN 0031-9007. - ELETTRONICO. - 135:17(2025). [10.1103/6d32-l452]