CERN Accelerating science

Article
Report number arXiv:2505.22547
Title First measurement of neutron capture multiplicity in neutrino-oxygen neutral-current quasielasticlike interactions using an accelerator neutrino beam
Author(s)

Abe, K. (Kamioka Observ.) ; Abe, S. (Kamioka Observ.) ; Akutsu, R. (KEK, Tsukuba) ; Alarakia-Charles, H. (Lancaster U.) ; Hakim, Y.I. Alj (U. Sheffield (main)) ; Alonso Monsalve, S. (Zurich, ETH) ; Anthony, L. (Imperial Coll., London) ; Aoki, S. (Kobe U.) ; Apte, K.A. (Imperial Coll., London) ; Arai, T. (Tokyo U.) ; Arihara, T. (Tokyo Metropolitan U.) ; Arimoto, S. (Kyoto U.) ; Asada, Y. ; Ashida, Y. (Tohoku U.) ; Moriyama, S. (Kamioka Observ.) ; Moriyama, S. (Yokohama Natl. U.) ; De Roeck, A. ; Patiño, J.M. Franco ; Haigh, J.T. ; Hogan, M. ; Lee, Y. ; Long, K.R. ; Novella, P. ; Atkin, E.T. (Imperial Coll., London) ; Babu, N. (Louisiana State U.) ; Baranov, V. (Dubna, JINR) ; Barker, G.J. (Warwick U.) ; Barr, G. (Oxford U.) ; Barrow, D. (Oxford U.) ; Bates, P. (Liverpool U.) ; Bathe-Peters, L. (Oxford U.) ; Batkiewicz-Kwasniak, M. (Cracow, INP) ; Baudis, N. (Oxford U.) ; Berardi, V. (Bari U.) ; Berns, L. (Tohoku U.) ; Bhattacharjee, S. (Louisiana State U.) ; Blanchet, A. (CERN) ; Blondel, A. (Paris U., VI-VII ; ISDC, Versoix) ; Boistier, P.M.M. (IRFU, Saclay) ; Bolognesi, S. (IRFU, Saclay) ; Bordoni, S. (ISDC, Versoix) ; Boyd, S.B. (Warwick U.) ; Bronner, C. (Yokohama Natl. U.) ; Bubak, A. (Silesia U.) ; Avanzini, M. Buizza (Ecole Polytechnique) ; Caballero, J.A. (UCM, Somosaguas ; Madrid, Inst. Estructura Materia) ; Cadoux, F. (ISDC, Versoix) ; Calabria, N.F. (Bari U.) ; Cao, S. (IFIRSE, Quy Nhon) ; Cap, S. (ISDC, Versoix) ; Carabadjac, D. (Ecole Polytechnique) ; Cartwright, S.L. (U. Sheffield (main)) ; Casado, M.P. (Barcelona, IFAE) ; Catanesi, M.G. (Bari U.) ; Chakrani, J. (LBL, Berkeley) ; Chalumeau, A. (Paris U., VI-VII) ; Cherdack, D. (Houston U.) ; Chvirova, A. (Moscow, INR) ; Coleman, J. (Liverpool U.) ; Collazuol, G. (Padua U., Astron. Dept. ; INFN, Padua) ; Cormier, F. (TRIUMF) ; Craplet, A.A.L. (Imperial Coll., London) ; Cudd, A. (U. Colorado, Boulder) ; D'ago, D. (Padua U., Astron. Dept. ; INFN, Padua) ; Dalmazzone, C. (Paris U., VI-VII) ; Daret, T. (IRFU, Saclay) ; Dasgupta, P. (Eotvos U.) ; Davis, C. (Pennsylvania U.) ; Davydov, Yu.I. (Dubna, JINR) ; de Perio, P. (U. Tokyo (main) ; Tokyo U., IPMU) ; De Rosa, G. (Naples U. ; INFN, Naples) ; Dealtry, T. (Lancaster U.) ; Densham, C. (Rutherford) ; Dergacheva, A. (Moscow, INR) ; Banerjee, R. Dharmapal (Wroclaw U.) ; Di Lodovico, F. (King's Coll. London) ; Lopez, G. Diaz (Paris U., VI-VII) ; Dolan, S. (CERN) ; Douqa, D. (ISDC, Versoix) ; Doyle, T.A. (SUNY, Stony Brook) ; Drapier, O. (Ecole Polytechnique) ; Duffy, K.E. (Oxford U.) ; Dumarchez, J. (Paris U., VI-VII) ; Dunne, P. (Imperial Coll., London) ; Dygnarowicz, K. (Warsaw U. of Tech.) ; Eguchi, A. (Tokyo U.) ; Elias, J. (Rochester U.) ; Emery-Schrenk, S. (IRFU, Saclay) ; Erofeev, G. (Moscow, INR) ; Ershova, A. (Ecole Polytechnique) ; Eurin, G. (IRFU, Saclay) ; Fedorova, D. (Moscow, INR) ; Fedotov, S. (Moscow, INR) ; Feltre, M. (Padua U., Astron. Dept. ; INFN, Padua) ; Feng, L. (Kyoto U.) ; Ferlewicz, D. (Tokyo U.) ; Finch, A.J. (Lancaster U.) ; Fitton, M.D. (Rutherford) ; Forza, C. (Padua U., Astron. Dept. ; INFN, Padua) ; Friend, M. (KEK, Tsukuba) ; Fujii, Y. (KEK, Tsukuba) ; Fukuda, Y. (Miyagi U. of Education) ; Furui, Y. (Tokyo Metropolitan U.) ; García-Marcos, J. (Gent U.) ; Germer, A.C. (Pennsylvania U.) ; Giannessi, L. (ISDC, Versoix) ; Giganti, C. (Paris U., VI-VII) ; Girgus, M. (Warsaw U.) ; Glagolev, V. (Dubna, JINR) ; Gonin, M. (ILANCE, Tokyo) ; Jiménez, R. González (UCM, Somosaguas ; Madrid, Inst. Estructura Materia) ; González Rosa, J. (UCM, Somosaguas ; Madrid, Inst. Estructura Materia) ; Goodman, E.A.G. (Glasgow U.) ; Gorshanov, K. (Moscow, INR) ; Govindaraj, P. (Warsaw U.) ; Grassi, M. (Padua U., Astron. Dept. ; INFN, Padua) ; Guigue, M. (Paris U., VI-VII) ; Fiorillo, G. (SUNY, Stony Brook) ; Hadley, D.R. (Warwick U.) ; Han, S. (Kyoto U. ; Tokyo U., ICRR) ; Harris, D.A. (York U., Canada) ; Harris, R.J. (Lancaster U. ; Rutherford) ; Hasegawa, T. (KEK, Tsukuba) ; Hasnip, C.M. (CERN) ; Hassani, S. (IRFU, Saclay) ; Hastings, N.C. (KEK, Tsukuba) ; Hayato, Y. (Kamioka Observ. ; U. Tokyo (main) ; Tokyo U., IPMU) ; Heitkamp, I. (Tohoku U.) ; Henaff, D. (IRFU, Saclay) ; Hino, Y. (KEK, Tsukuba) ; Holeczek, J. (Silesia U.) ; Holin, A. (Rutherford) ; Holvey, T. (Oxford U.) ; Van, N.T. Hong (Hanoi, Inst. Phys.) ; Honjo, T. (Osaka Metropolitan U.) ; Hooft, M.C.F. (Gent U.) ; Hosokawa, K. (Kamioka Observ.) ; Hu, J. (Kyoto U.) ; Ichikawa, A.K. (Tohoku U.) ; Ieki, K. (Kamioka Observ.) ; Ikeda, M. (Kamioka Observ.) ; Ishida, T. (KEK, Tsukuba) ; Ishitsuka, M. (Tokyo U. of Sci.) ; Ito, H. (Kobe U.) ; Ito, S. (Yokohama Natl. U.) ; Izmaylov, A. (Moscow, INR) ; Jachowicz, N. (Gent U.) ; Jenkins, S.J. (Liverpool U.) ; Jesús-Valls, C. (CERN) ; Jia, M. (SUNY, Stony Brook) ; Jiang, J.J. (SUNY, Stony Brook) ; Ji, J.Y. (SUNY, Stony Brook) ; Jones, T.P. (Lancaster U.) ; Jonsson, P. (Imperial Coll., London) ; Joshi, S. (IRFU, Saclay) ; Kabirnezhad, M. (Imperial Coll., London) ; Kaboth, A.C. (Royal Holloway, U. of London) ; Kakuno, H. (Tokyo Metropolitan U.) ; Kameda, J. (Kamioka Observ.) ; Karpova, S. (ISDC, Versoix) ; Kasturi, V.S. (ISDC, Versoix) ; Kataoka, Y. (Kamioka Observ.) ; Katori, T. (King's Coll. London) ; Kawabata, A. (Keio U.) ; Kawamura, Y. (Osaka Metropolitan U.) ; Kawaue, M. (Kyoto U.) ; Kearns, E. (Edinburgh U., Sch. Math.) ; Khabibullin, M. (Moscow, INR) ; Khotjantsev, A. (Moscow, INR) ; Kikawa, T. (Kyoto U.) ; King, S. (King's Coll. London) ; Kiseeva, V. (Dubna, JINR) ; Kisiel, J. (Silesia U.) ; Klustová, A. (Imperial Coll., London) ; Kneale, L. (U. Sheffield (main)) ; Kobayashi, H. (Tokyo U.) ; Koch, L. (Mainz U., Inst. Phys.) ; Kodama, S. (Tokyo U.) ; Kolupanova, M. (Moscow, INR) ; Konaka, A. (TRIUMF) ; Kormos, L.L. (Lancaster U.) ; Koshio, Y. (Okayama U.) ; Kowalik, K. (NCBJ, Warsaw) ; Kudenko, Y. (Moscow, INR) ; Kudo, Y. (Yokohama Natl. U.) ; Jha, A. Kumar (Gent U.) ; Kurjata, R. (Warsaw U. of Tech.) ; Kurochka, V. (Moscow, INR) ; Takifuji, K. (Louisiana State U.) ; Labarga, L. (Madrid, Autonoma U.) ; Lachat, M. (Rochester U.) ; Lachner, K. (Zurich, ETH) ; Lagoda, J. (NCBJ, Warsaw) ; Lakshmi, S.M. (Silesia U.) ; James, M. Lamers (Warwick U.) ; Langella, A. (Naples U. ; INFN, Naples) ; Langridge, D.H. (Royal Holloway, U. of London) ; Laporte, J.-F. (IRFU, Saclay) ; Last, D. (Rochester U.) ; Latham, N. (King's Coll. London) ; Laveder, M. (Padua U., Astron. Dept. ; INFN, Padua) ; Lavitola, L. (Naples U. ; INFN, Naples) ; Lawe, M. (Lancaster U.) ; Silverio, D. Leon (South Dakota Sch. Mines Tech.) ; Levorato, S. (Padua U., Astron. Dept. ; INFN, Padua) ; Lewis, S.V. (King's Coll. London) ; Li, B. (Zurich, ETH) ; Lin, C. (Imperial Coll., London) ; Litchfield, R.P. (Glasgow U.) ; Liu, S.L. (SUNY, Stony Brook) ; Li, W. (Oxford U.) ; Longhin, A. (Padua U., Astron. Dept. ; INFN, Padua) ; Lopez Moreno, A. (King's Coll. London) ; Ludovici, L. (INFN, Rome ; Rome U.) ; Lu, X. (Warwick U.) ; Lux, T. (Barcelona, IFAE) ; Machado, L.N. (Glasgow U.) ; Magaletti, L. (Bari U.) ; Mahn, K. (Michigan State U.) ; Mahtani, K.K. (SUNY, Stony Brook) ; Manly, S. (Rochester U.) ; Marino, A.D. (U. Colorado, Boulder) ; Martin, D.G.R. (Imperial Coll., London) ; Martinez Caicedo, D.A. (South Dakota Sch. Mines Tech.) ; Martinez, L. (Barcelona, IFAE) ; Martini, M. (Paris U., VI-VII) ; Matsubara, T. (KEK, Tsukuba) ; Matsumoto, R. (Tokyo U.) ; Matveev, V. (Moscow, INR) ; Mauger, C. (Pennsylvania U.) ; Mavrokoridis, K. (Liverpool U.) ; McCauley, N. (Liverpool U.) ; McFarland, K.S. (Rochester U.) ; McGrew, C. (SUNY, Stony Brook) ; McKean, J. (Imperial Coll., London) ; Mefodiev, A. (Moscow, INR) ; Megias, G.D. (UCM, Somosaguas ; Madrid, Inst. Estructura Materia) ; Mellet, L. (Michigan State U.) ; Metelko, C. (Liverpool U.) ; Mezzetto, M. (Padua U., Astron. Dept. ; INFN, Padua) ; Miki, S. (Kamioka Observ.) ; Mikola, V. (Glasgow U.) ; Miller, E.W. (Barcelona, IFAE) ; Minamino, A. (Yokohama Natl. U.) ; Mineev, O. (Moscow, INR) ; Mine, S. (Kamioka Observ. ; UC, Irvine) ; Mirabito, J. (Edinburgh U., Sch. Math.) ; Miura, M. (Kamioka Observ.) ; Morrison, P. (Glasgow U.) ; Mueller, Th.A. (Ecole Polytechnique) ; Munford, D. (Houston U.) ; Muñoz, A. (Ecole Polytechnique ; ILANCE, Tokyo) ; Munteanu, L. (CERN) ; Nagai, Y. (Eotvos U.) ; Nakadaira, T. (KEK, Tsukuba) ; Nakagiri, K. (Tokyo U.) ; Nakahata, M. (Kamioka Observ. ; U. Tokyo (main) ; Tokyo U., IPMU) ; Nakajima, Y. (Tokyo U.) ; Nakamura, K.D. (Tohoku U.) ; Nakano, A. (Tohoku U.) ; Nakano, Y. (Toyama U.) ; Nakayama, S. (Kamioka Observ. ; U. Tokyo (main) ; Tokyo U., IPMU) ; Nakaya, T. (Kyoto U. ; U. Tokyo (main) ; Tokyo U., IPMU) ; Nakayoshi, K. (KEK, Tsukuba) ; Naseby, C.E.R. (Imperial Coll., London) ; Nguyen, D.T. (Vietnam Natl. U.) ; Nguyen, V.Q. (Ecole Polytechnique) ; Niewczas, K. (Gent U.) ; Nishimori, S. (KEK, Tsukuba) ; Nishimura, Y. (Keio U.) ; Noguchi, Y. (Kamioka Observ.) ; Nosek, T. (NCBJ, Warsaw) ; Nova, F. (Rutherford) ; Nugent, J.C. (Imperial Coll., London) ; O'Keeffe, H.M. (Lancaster U.) ; O'Sullivan, L. (Mainz U., Inst. Phys.) ; Okazaki, R. (Keio U.) ; Okinaga, W. (Tokyo U.) ; Okumura, K. (Tokyo U., ICRR ; U. Tokyo (main) ; Tokyo U., IPMU) ; Okusawa, T. (Osaka Metropolitan U.) ; Onda, N. (Kyoto U.) ; Ospina, N. (Bari U.) ; Osu, L. (Ecole Polytechnique) ; Otani, N. (Kyoto U.) ; Oyama, Y. (KEK, Tsukuba) ; Paolone, V. (Pittsburgh U.) ; Pasternak, J. (Imperial Coll., London) ; Payne, D. (Liverpool U.) ; Pfaff, M. (Imperial Coll., London) ; Pickering, L. (Rutherford) ; Popov, B. (Paris U., VI-VII) ; Yrey, A.J. Portocarrero (KEK, Tsukuba) ; Posiadala-Zezula, M. (Warsaw U.) ; Prabhu, Y.S. (Warsaw U.) ; Prasad, H. (Wroclaw U.) ; Pupilli, F. (Padua U., Astron. Dept. ; INFN, Padua) ; Quilain, B. (ILANCE, Tokyo ; Ecole Polytechnique) ; Quyen, P.T. (IFIRSE, Quy Nhon) ; Radicioni, E. (Bari U.) ; Radics, B. (York U., Canada) ; Ramirez, M.A. (Pennsylvania U.) ; Ramsden, R. (King's Coll. London) ; Ratoff, P.N. (Lancaster U.) ; Reh, M. (U. Colorado, Boulder) ; Reina, G. (Mainz U., Inst. Phys.) ; Riccio, C. (SUNY, Stony Brook) ; Riley, D.W. (Glasgow U.) ; Rondio, E. (NCBJ, Warsaw) ; Roth, S. (Aachen, Tech. Hochsch.) ; Roy, N. (York U., Canada) ; Rubbia, A. (Zurich, ETH) ; Russo, L. (Paris U., VI-VII) ; Rychter, A. (Warsaw U. of Tech.) ; Saenz, W. (Paris U., VI-VII) ; Sakashita, K. (KEK, Tsukuba) ; Samani, S. (ISDC, Versoix) ; Sánchez, F. (ISDC, Versoix) ; Sandford, E.M. (Liverpool U.) ; Sato, Y. (Tokyo U. of Sci.) ; Schefke, T. (Louisiana State U.) ; Scholberg, K. (Fields Inst., Toronto ; Waterloo U., Math. Dept.) ; Scott, M. (Imperial Coll., London) ; Seiya, Y. (Osaka Metropolitan U.) ; Sekiguchi, T. (KEK, Tsukuba) ; Sekiya, H. (Kamioka Observ. ; U. Tokyo (main) ; Tokyo U., IPMU) ; Sekiya, T. (Tokyo Metropolitan U.) ; Seppala, D. (Michigan State U.) ; Sgalaberna, D. (Zurich, ETH) ; Shaikhiev, A. (Moscow, INR) ; Shiozawa, M. (Kamioka Observ. ; U. Tokyo (main) ; Tokyo U., IPMU) ; Shiraishi, Y. (Okayama U.) ; Shvartsman, A. (Moscow, INR) ; Skrobova, N. (Moscow, INR) ; Skwarczynski, K. (Royal Holloway, U. of London) ; Smyczek, D. (Aachen, Tech. Hochsch.) ; Smy, M. (UC, Irvine) ; Sobczyk, J.T. (Wroclaw U.) ; Sobel, H. (UC, Irvine ; U. Tokyo (main) ; Tokyo U., IPMU) ; Soler, F.J.P. (Glasgow U.) ; Speers, A.J. (Lancaster U.) ; Spina, R. (Bari U.) ; Srivastava, A. (Mainz U., Inst. Phys.) ; Chong, P.S. (U. Sheffield (main)) ; Stroke, Y. (Moscow, INR) ; Suslov, I.A. (Dubna, JINR) ; Suzuki, A. (Kobe U.) ; Suzuki, S.Y. (KEK, Tsukuba) ; Tada, M. (KEK, Tsukuba) ; Tairafune, S. (Tohoku U.) ; Takeda, A. (Kamioka Observ.) ; Takeuchi, Y. (Kobe U. ; U. Tokyo (main) ; Tokyo U., IPMU) ; Takeya, K. (Okayama U.) ; Tanaka, H.K. (Kamioka Observ.) ; Tanigawa, H. (KEK, Tsukuba) ; Tereshchenko, V.V. (Dubna, JINR) ; Thamm, N. (Aachen, Tech. Hochsch.) ; Touramanis, C. (Liverpool U.) ; Tran, N. (Kyoto U.) ; Tsukamoto, T. (KEK, Tsukuba) ; Tzanov, M. (Louisiana State U.) ; Uchida, Y. (Imperial Coll., London) ; Vagins, M. (U. Tokyo (main) ; Tokyo U., IPMU ; UC, Irvine) ; Varghese, M. (Barcelona, IFAE) ; Vasilyev, I. (Dubna, JINR) ; Vasseur, G. (IRFU, Saclay) ; Villa, E. (CERN ; Geneva U.) ; Virginet, U. (Paris U., VI-VII) ; Vladisavljevic, T. (Rutherford) ; Wachala, T. (Cracow, INP) ; Wada, S.-i. (Kobe U.) ; Wakabayashi, D. (Tohoku U.) ; Wallace, H.T. (U. Sheffield (main)) ; Walsh, J.G. (Michigan State U.) ; Wan, L. ; Wark, D. (Rutherford ; Oxford U.) ; Wascko, M.O. (Oxford U. ; Rutherford) ; Weber, A. (Mainz U., Inst. Phys.) ; Wendell, R. (Kyoto U.) ; Wilking, M.J. (Minnesota U.) ; Wilkinson, C. (LBL, Berkeley) ; Wilson, J.R. (King's Coll. London) ; Wood, K. (LBL, Berkeley) ; Wret, C. (Imperial Coll., London) ; Xia, J. (SLAC) ; Yamamoto, K. (Osaka Metropolitan U.) ; Yamamoto, T. (Osaka Metropolitan U.) ; Yanagisawa, C. (SUNY, Stony Brook) ; Yang, Y. (Oxford U.) ; Yano, T. (Kamioka Observ.) ; Yershov, N. (Moscow, INR) ; Yevarouskaya, U. (SUNY, Stony Brook) ; Yokoyama, M. (Tokyo U.) ; Yoshimoto, Y. (Tokyo U.) ; Yoshimura, N. (Kyoto U.) ; Zaki, R. (York U., Canada) ; Zalewska, A. (Cracow, INP) ; Zalipska, J. (NCBJ, Warsaw) ; Zarnecki, G. (Cracow, INP) ; Zhang, J. (TRIUMF ; British Columbia U.) ; Zhao, X.Y. (Zurich, ETH) ; Zheng, H. (SUNY, Stony Brook) ; Zhong, H. (Kobe U.) ; Zhu, T. (Imperial Coll., London) ; Ziembicki, M. (Warsaw U. of Tech.) ; Zimmerman, E.D. (U. Colorado, Boulder) ; Zito, M. (Paris U., VI-VII) ; Zsoldos, S. (King's Coll. London)

Corporate Author(s) T2K Collaboration
Publication 2025-08-01
Imprint 2025-05-28
Number of pages 26
In: Phys. Rev. D 112 (2025) 032003
DOI 10.1103/qh28-4znk (publication)
Subject category Detectors and Experimental Techniques ; Particle Physics - Experiment
Accelerator/Facility, Experiment T2K
Abstract We report the first measurement of neutron capture multiplicity in neutrino-oxygen neutral-current quasi-elastic-like interactions at the gadolinium-loaded Super-Kamiokande detector using the T2K neutrino beam, which has a peak energy of about 0.6 GeV. A total of 30 neutral-current quasi-elastic-like event candidates were selected from T2K data corresponding to an exposure of $1.76\times10^{20}$ protons on target. The $\gamma$ ray signals resulting from neutron captures were identified using a neural network. The flux-averaged mean neutron capture multiplicity was measured to be $1.37\pm0.33\text{ (stat.)}$$^{+0.17}_{-0.27}\text{ (syst.)}$, which is compatible within $2.3\,\sigma$ than predictions obtained using our nominal simulation. We discuss potential sources of systematic uncertainty in the prediction and demonstrate that a significant portion of this discrepancy arises from the modeling of hadron-nucleus interactions in the detector medium.
Copyright/License preprint: (License: CC BY 4.0)
publication: © 2025 The Author(s) (License: CC BY 4.0), sponsored by SCOAP³



Corresponding record in: Inspire
 Rekord stworzony 2025-05-30, ostatnia modyfikacja 2025-09-17


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