First measurement of the muon neutrino charged current single pion production cross section on water with the T2K near detector

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

doi:10.1103/PhysRevD.95.012010

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 ∼0.8 GeV. The differential measurements are presented as a function of the muon and pion kinematics, in the restricted phase space defined by pπ+>200 MeV/c, pμ>200 MeV/c, cos(θπ+)>0.3 and cos(θμ)>0.3. The total flux integrated νμ charged current single positive pion production cross section on water in the restricted phase space is measured to be ⟨σ⟩ϕ=4.25±0.48(stat)±1.56(syst)×10−40 cm2/nucleon. The total cross section is consistent with the NEUT prediction (5.03×10−40 cm2/nucleon) and 2σ lower than the GENIE prediction (7.68×10−40 cm2/nucleon). The differential cross sections are in good agreement with the NEUT generator. The GENIE simulation reproduces well the shapes of the distributions, but overestimates the overall cross section normalization.