Signal selection and model-independent extraction of the neutrino neutral-current single π+ cross section with the T2K experiment

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/wcn1-4tyl

This article presents a study of single π+ production in neutrino neutral-current interactions (NC1π+) using the FGD1 hydrocarbon target of the ND280 detector of the T2K experiment. We report the largest sample of such events selected by any experiment, providing the first new data for this channel in over four decades and the first using a sub-GeV neutrino flux. The signal selection strategy and its performance are detailed together with validations of a robust cross section extraction methodology. The measured fluxaveraged integrated cross-section is σ = (6.07 ± 1.22) × 10−41 cm2/nucleon, 1.3σ above the NEUT v5.4.0 expectation.

Signal selection and model-independent extraction of the neutrino neutral-current single π+ cross section with the T2K experiment / 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 D. - ISSN 2470-0010. - STAMPA. - 112:7(2025). [10.1103/wcn1-4tyl]