Cover Image

Neutron multiplicity measurement in muon capture on oxygen nuclei in the Gd-loaded Super-Kamiokande detector

Fuente: arXiv

Saved in:

Bibliographic Details
Main Authors:	Kamiokande Collaboration, Miki, S., Abe, K., Abe, S., Asaoka, Y., Bronner, C., Harada, M., Hayato, Y., Hiraide, K., Hosokawa, K., Ieki, K., Ikeda, M., Kameda, J., Kanemura, Y., Kaneshima, R., Kashiwagi, Y., Kataoka, Y., Mine, S., Miura, M., Moriyama, S., Nakahata, M., Nakayama, S., Noguchi, Y., Okamoto, K., Pronost, G., Sato, K., Sekiya, H., Shiba, H., Shimizu, K., Shiozawa, M., Sonoda, Y., Suzuki, Y., Takeda, A., Takemoto, Y., Takenaka, A., Tanaka, H., Watanabe, S., Yano, T., Kajita, T., Okumura, K., Tashiro, T., Tomiya, T., Wang, X., Yoshida, S., Megias, G. D., Fernandez, P., Labarga, L., Ospina, N., Zaldivar, B., Pointon, B. W., Yanagisawa, C., Kearns, E., Raaf, J. L., Wan, L., Wester, T., Bian, J., Cortez, B., Griskevich, N. J., Locke, S., Smy, M. B., Sobel, H. W., Takhistov, V., Yankelevich, A., Hill, J., Jang, M. C., Lee, S. H., Moon, D. H., Park, R. G., Yang, B. S., Bodur, B., Scholberg, K., Walter, C. W., Beauchêne, A., Drapier, O., Ershova, A., Giampaolo, A., Mueller, Th. A., Santos, A. D., Paganini, P., Quach, C., Quilain, B., Rogly, R., Nakamura, T., Jang, J. S., Litchfield, R. P., Machado, L. N., Soler, F. J. P., Learned, J. G., Choi, K., Iovine, N., Cao, S., Anthony, L. H. V., Martin, D., Prouse, N. W., Scott, M., Sztuc, A. A., Uchida, Y., Berardi, V., Calabria, N. F., Catanesi, M. G., Radicioni, E., Langella, A., De Rosa, G., Collazuol, G., Feltre, M., Iacob, F., Lamoureux, M., Mattiazzi, M., Ludovici, L., Gonin, M., Périssé, L., Fujisawa, C., Horiuchi, S., Kobayashi, M., Liu, Y. M., Maekawa, Y., Nishimura, Y., Okazaki, R., Akutsu, R., Friend, M., Hasegawa, T., Ishida, T., Kobayashi, T., Jakkapu, M., Matsubara, T., Nakadaira, T., Nakamura, K., Oyama, Y., Yrey, A. Portocarrero, Sakashita, K., Sekiguchi, T., Tsukamoto, T., Bhuiyan, N., Burton, G. T., Di Lodovico, F., Gao, J., Goldsack, A., Katori, T., Migenda, J., Ramsden, R. M., Xie, Z., Zsoldos, S., Kotsar, Y., Ozaki, H., Suzuki, A. T., Takagi, Y., Takeuchi, Y., Zhong, H., Feng, J., Feng, L., Han, S., Hu, J. R., Hu, Z., Kawaue, M., Kikawa, T., Mori, M., Nakaya, T., Ngoc, T. V., Wendell, R. A., Yasutome, K., Jenkins, S. J., McCauley, N., Mehta, P., Tarrant, A., Wilking, M. J., Fukuda, Y., Itow, Y., Menjo, H., Ninomiya, K., Yoshioka, Y., Lagoda, J., Mandal, M., Mijakowski, P., Prabhu, Y. S., Zalipska, J., Jia, M., Jiang, J., Jung, C. K., Shi, W., Hino, Y., Ishino, H., Kitagawa, H., Koshio, Y., Nakanishi, F., Sakai, S., Tada, T., Tano, T., Ishizuka, T., Barr, G., Barrow, D., Cook, L., Samani, S., Wark, D., Holin, A., Nova, F., Jung, S., Yang, J. Y., Yoo, J., Fannon, J. E. P., Kneale, L., Malek, M., McElwee, J. M., Peacock, T., Stowell, P., Thiesse, M. D., Thompson, L. F., Wilson, S. T., Okazawa, H., Lakshmi, S. M., Kim, S. B., Kwon, E., Lee, M. W., Seo, J. W., Yu, I., Ichikawa, A. K., Nakamura, K. D., Tairafune, S., Nishijima, K., Eguchi, A., Goto, S., Mizuno, Y., Muro, T., Nakagiri, K., Nakajima, Y., Shima, S., Taniuchi, N., Watanabe, E., Yokoyama, M., de Perio, P., Fujita, S., Jesús-Valls, C., Martens, K., Marti, Ll., Tsui, K. M., Vagins, M. R., Xia, J., Kuze, M., Izumiyama, S., Matsumoto, R., Terada, K., Asaka, R., Ishitsuka, M., Ito, H., Kinoshita, T., Ommura, Y., Shigeta, N., Shinoki, M., Suganuma, T., Yamauchi, K., Yoshida, T., Martin, J. F., Tanaka, H. A., Towstego, T., Nakano, Y., Cormier, F., Gaur, R., Gousy-Leblanc, V., Hartz, M., Konaka, A., Li, X., Smithers, B. R., Chen, S., Wu, Y., Xu, B. D., Zhang, A. Q., Zhang, B., Girgus, M., Govindaraj, P., Posiadala-Zezula, M., Boyd, S. B., Edwards, R., Hadley, D., Nicholson, M., O'Flaherty, M., Richards, B., Ali, A., Jamieson, B., Amanai, S., Minamino, A., Pintaudi, G., Sano, S., Shibayama, R., Shimamura, R., Suzuki, S., Wada, K.
Format:	Preprint
Published:	2025
Subjects:	High Energy Physics - Experiment Instrumentation and Detectors
Online Access:	Acceder al recurso
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!

_version_	1866912993832337408
author	Kamiokande Collaboration Miki, S. Abe, K. Abe, S. Asaoka, Y. Bronner, C. Harada, M. Hayato, Y. Hiraide, K. Hosokawa, K. Ieki, K. Ikeda, M. Kameda, J. Kanemura, Y. Kaneshima, R. Kashiwagi, Y. Kataoka, Y. Mine, S. Miura, M. Moriyama, S. Nakahata, M. Nakayama, S. Noguchi, Y. Okamoto, K. Pronost, G. Sato, K. Sekiya, H. Shiba, H. Shimizu, K. Shiozawa, M. Sonoda, Y. Suzuki, Y. Takeda, A. Takemoto, Y. Takenaka, A. Tanaka, H. Watanabe, S. Yano, T. Kajita, T. Okumura, K. Tashiro, T. Tomiya, T. Wang, X. Yoshida, S. Megias, G. D. Fernandez, P. Labarga, L. Ospina, N. Zaldivar, B. Pointon, B. W. Yanagisawa, C. Kearns, E. Raaf, J. L. Wan, L. Wester, T. Bian, J. Cortez, B. Griskevich, N. J. Locke, S. Smy, M. B. Sobel, H. W. Takhistov, V. Yankelevich, A. Hill, J. Jang, M. C. Lee, S. H. Moon, D. H. Park, R. G. Yang, B. S. Bodur, B. Scholberg, K. Walter, C. W. Beauchêne, A. Drapier, O. Ershova, A. Giampaolo, A. Mueller, Th. A. Santos, A. D. Paganini, P. Quach, C. Quilain, B. Rogly, R. Nakamura, T. Jang, J. S. Litchfield, R. P. Machado, L. N. Soler, F. J. P. Learned, J. G. Choi, K. Iovine, N. Cao, S. Anthony, L. H. V. Martin, D. Prouse, N. W. Scott, M. Sztuc, A. A. Uchida, Y. Berardi, V. Calabria, N. F. Catanesi, M. G. Radicioni, E. Calabria, N. F. Langella, A. De Rosa, G. Collazuol, G. Feltre, M. Iacob, F. Lamoureux, M. Mattiazzi, M. Ludovici, L. Gonin, M. Périssé, L. Quilain, B. Fujisawa, C. Horiuchi, S. Kobayashi, M. Liu, Y. M. Maekawa, Y. Nishimura, Y. Okazaki, R. Akutsu, R. Friend, M. Hasegawa, T. Ishida, T. Kobayashi, T. Jakkapu, M. Matsubara, T. Nakadaira, T. Nakamura, K. Oyama, Y. Yrey, A. Portocarrero Sakashita, K. Sekiguchi, T. Tsukamoto, T. Bhuiyan, N. Burton, G. T. Di Lodovico, F. Gao, J. Goldsack, A. Katori, T. Migenda, J. Ramsden, R. M. Xie, Z. Zsoldos, S. Kotsar, Y. Ozaki, H. Suzuki, A. T. Takagi, Y. Takeuchi, Y. Zhong, H. Feng, J. Feng, L. Han, S. Hu, J. R. Hu, Z. Kawaue, M. Kikawa, T. Mori, M. Nakaya, T. Ngoc, T. V. Wendell, R. A. Yasutome, K. Jenkins, S. J. McCauley, N. Mehta, P. Tarrant, A. Wilking, M. J. Fukuda, Y. Itow, Y. Menjo, H. Ninomiya, K. Yoshioka, Y. Lagoda, J. Mandal, M. Mijakowski, P. Prabhu, Y. S. Zalipska, J. Jia, M. Jiang, J. Jung, C. K. Shi, W. Wilking, M. J. Hino, Y. Ishino, H. Kitagawa, H. Koshio, Y. Nakanishi, F. Sakai, S. Tada, T. Tano, T. Ishizuka, T. Barr, G. Barrow, D. Cook, L. Samani, S. Wark, D. Holin, A. Nova, F. Jung, S. Yang, B. S. Yang, J. Y. Yoo, J. Fannon, J. E. P. Kneale, L. Malek, M. McElwee, J. M. Peacock, T. Stowell, P. Thiesse, M. D. Thompson, L. F. Wilson, S. T. Okazawa, H. Lakshmi, S. M. Kim, S. B. Kwon, E. Lee, M. W. Seo, J. W. Yu, I. Ichikawa, A. K. Nakamura, K. D. Tairafune, S. Nishijima, K. Eguchi, A. Goto, S. Mizuno, Y. Muro, T. Nakagiri, K. Nakajima, Y. Shima, S. Taniuchi, N. Watanabe, E. Yokoyama, M. de Perio, P. Fujita, S. Jesús-Valls, C. Martens, K. Marti, Ll. Tsui, K. M. Vagins, M. R. Xia, J. Kuze, M. Izumiyama, S. Matsumoto, R. Terada, K. Asaka, R. Ishitsuka, M. Ito, H. Kinoshita, T. Ommura, Y. Shigeta, N. Shinoki, M. Suganuma, T. Yamauchi, K. Yoshida, T. Martin, J. F. Tanaka, H. A. Towstego, T. Nakano, Y. Cormier, F. Gaur, R. Gousy-Leblanc, V. Hartz, M. Konaka, A. Li, X. Smithers, B. R. Chen, S. Wu, Y. Xu, B. D. Zhang, A. Q. Zhang, B. Girgus, M. Govindaraj, P. Posiadala-Zezula, M. Boyd, S. B. Edwards, R. Hadley, D. Nicholson, M. O'Flaherty, M. Richards, B. Ali, A. Jamieson, B. Amanai, S. Minamino, A. Pintaudi, G. Sano, S. Shibayama, R. Shimamura, R. Suzuki, S. Wada, K.
author_facet	Kamiokande Collaboration Miki, S. Abe, K. Abe, S. Asaoka, Y. Bronner, C. Harada, M. Hayato, Y. Hiraide, K. Hosokawa, K. Ieki, K. Ikeda, M. Kameda, J. Kanemura, Y. Kaneshima, R. Kashiwagi, Y. Kataoka, Y. Mine, S. Miura, M. Moriyama, S. Nakahata, M. Nakayama, S. Noguchi, Y. Okamoto, K. Pronost, G. Sato, K. Sekiya, H. Shiba, H. Shimizu, K. Shiozawa, M. Sonoda, Y. Suzuki, Y. Takeda, A. Takemoto, Y. Takenaka, A. Tanaka, H. Watanabe, S. Yano, T. Kajita, T. Okumura, K. Tashiro, T. Tomiya, T. Wang, X. Yoshida, S. Megias, G. D. Fernandez, P. Labarga, L. Ospina, N. Zaldivar, B. Pointon, B. W. Yanagisawa, C. Kearns, E. Raaf, J. L. Wan, L. Wester, T. Bian, J. Cortez, B. Griskevich, N. J. Locke, S. Smy, M. B. Sobel, H. W. Takhistov, V. Yankelevich, A. Hill, J. Jang, M. C. Lee, S. H. Moon, D. H. Park, R. G. Yang, B. S. Bodur, B. Scholberg, K. Walter, C. W. Beauchêne, A. Drapier, O. Ershova, A. Giampaolo, A. Mueller, Th. A. Santos, A. D. Paganini, P. Quach, C. Quilain, B. Rogly, R. Nakamura, T. Jang, J. S. Litchfield, R. P. Machado, L. N. Soler, F. J. P. Learned, J. G. Choi, K. Iovine, N. Cao, S. Anthony, L. H. V. Martin, D. Prouse, N. W. Scott, M. Sztuc, A. A. Uchida, Y. Berardi, V. Calabria, N. F. Catanesi, M. G. Radicioni, E. Calabria, N. F. Langella, A. De Rosa, G. Collazuol, G. Feltre, M. Iacob, F. Lamoureux, M. Mattiazzi, M. Ludovici, L. Gonin, M. Périssé, L. Quilain, B. Fujisawa, C. Horiuchi, S. Kobayashi, M. Liu, Y. M. Maekawa, Y. Nishimura, Y. Okazaki, R. Akutsu, R. Friend, M. Hasegawa, T. Ishida, T. Kobayashi, T. Jakkapu, M. Matsubara, T. Nakadaira, T. Nakamura, K. Oyama, Y. Yrey, A. Portocarrero Sakashita, K. Sekiguchi, T. Tsukamoto, T. Bhuiyan, N. Burton, G. T. Di Lodovico, F. Gao, J. Goldsack, A. Katori, T. Migenda, J. Ramsden, R. M. Xie, Z. Zsoldos, S. Kotsar, Y. Ozaki, H. Suzuki, A. T. Takagi, Y. Takeuchi, Y. Zhong, H. Feng, J. Feng, L. Han, S. Hu, J. R. Hu, Z. Kawaue, M. Kikawa, T. Mori, M. Nakaya, T. Ngoc, T. V. Wendell, R. A. Yasutome, K. Jenkins, S. J. McCauley, N. Mehta, P. Tarrant, A. Wilking, M. J. Fukuda, Y. Itow, Y. Menjo, H. Ninomiya, K. Yoshioka, Y. Lagoda, J. Mandal, M. Mijakowski, P. Prabhu, Y. S. Zalipska, J. Jia, M. Jiang, J. Jung, C. K. Shi, W. Wilking, M. J. Hino, Y. Ishino, H. Kitagawa, H. Koshio, Y. Nakanishi, F. Sakai, S. Tada, T. Tano, T. Ishizuka, T. Barr, G. Barrow, D. Cook, L. Samani, S. Wark, D. Holin, A. Nova, F. Jung, S. Yang, B. S. Yang, J. Y. Yoo, J. Fannon, J. E. P. Kneale, L. Malek, M. McElwee, J. M. Peacock, T. Stowell, P. Thiesse, M. D. Thompson, L. F. Wilson, S. T. Okazawa, H. Lakshmi, S. M. Kim, S. B. Kwon, E. Lee, M. W. Seo, J. W. Yu, I. Ichikawa, A. K. Nakamura, K. D. Tairafune, S. Nishijima, K. Eguchi, A. Goto, S. Mizuno, Y. Muro, T. Nakagiri, K. Nakajima, Y. Shima, S. Taniuchi, N. Watanabe, E. Yokoyama, M. de Perio, P. Fujita, S. Jesús-Valls, C. Martens, K. Marti, Ll. Tsui, K. M. Vagins, M. R. Xia, J. Kuze, M. Izumiyama, S. Matsumoto, R. Terada, K. Asaka, R. Ishitsuka, M. Ito, H. Kinoshita, T. Ommura, Y. Shigeta, N. Shinoki, M. Suganuma, T. Yamauchi, K. Yoshida, T. Martin, J. F. Tanaka, H. A. Towstego, T. Nakano, Y. Cormier, F. Gaur, R. Gousy-Leblanc, V. Hartz, M. Konaka, A. Li, X. Smithers, B. R. Chen, S. Wu, Y. Xu, B. D. Zhang, A. Q. Zhang, B. Girgus, M. Govindaraj, P. Posiadala-Zezula, M. Boyd, S. B. Edwards, R. Hadley, D. Nicholson, M. O'Flaherty, M. Richards, B. Ali, A. Jamieson, B. Amanai, S. Minamino, A. Pintaudi, G. Sano, S. Shibayama, R. Shimamura, R. Suzuki, S. Wada, K.
contents	In recent neutrino detectors, neutrons produced in neutrino reactions play an important role. Muon capture on oxygen nuclei is one of the processes that produce neutrons in water Cherenkov detectors. We measured neutron multiplicity in the process using cosmic ray muons that stop in the gadolinium-loaded Super-Kamiokande detector. For this measurement, neutron detection efficiency is obtained with the muon capture events followed by gamma rays to be $50.2^{+2.0}_{-2.1}\%$. By fitting the observed multiplicity considering the detection efficiency, we measure neutron multiplicity in muon capture as $P(0)=24\pm3\%$, $P(1)=70^{+3}_{-2}\%$, $P(2)=6.1\pm0.5\%$, $P(3)=0.38\pm0.09\%$. This is the first measurement of the multiplicity of neutrons associated with muon capture on oxygen without neutron energy threshold.
format	Preprint
id	arxiv_https___arxiv_org_abs_2502_17002
institution	arXiv
publishDate	2025
record_format	arxiv
spellingShingle	Neutron multiplicity measurement in muon capture on oxygen nuclei in the Gd-loaded Super-Kamiokande detector Kamiokande Collaboration Miki, S. Abe, K. Abe, S. Asaoka, Y. Bronner, C. Harada, M. Hayato, Y. Hiraide, K. Hosokawa, K. Ieki, K. Ikeda, M. Kameda, J. Kanemura, Y. Kaneshima, R. Kashiwagi, Y. Kataoka, Y. Mine, S. Miura, M. Moriyama, S. Nakahata, M. Nakayama, S. Noguchi, Y. Okamoto, K. Pronost, G. Sato, K. Sekiya, H. Shiba, H. Shimizu, K. Shiozawa, M. Sonoda, Y. Suzuki, Y. Takeda, A. Takemoto, Y. Takenaka, A. Tanaka, H. Watanabe, S. Yano, T. Kajita, T. Okumura, K. Tashiro, T. Tomiya, T. Wang, X. Yoshida, S. Megias, G. D. Fernandez, P. Labarga, L. Ospina, N. Zaldivar, B. Pointon, B. W. Yanagisawa, C. Kearns, E. Raaf, J. L. Wan, L. Wester, T. Bian, J. Cortez, B. Griskevich, N. J. Locke, S. Smy, M. B. Sobel, H. W. Takhistov, V. Yankelevich, A. Hill, J. Jang, M. C. Lee, S. H. Moon, D. H. Park, R. G. Yang, B. S. Bodur, B. Scholberg, K. Walter, C. W. Beauchêne, A. Drapier, O. Ershova, A. Giampaolo, A. Mueller, Th. A. Santos, A. D. Paganini, P. Quach, C. Quilain, B. Rogly, R. Nakamura, T. Jang, J. S. Litchfield, R. P. Machado, L. N. Soler, F. J. P. Learned, J. G. Choi, K. Iovine, N. Cao, S. Anthony, L. H. V. Martin, D. Prouse, N. W. Scott, M. Sztuc, A. A. Uchida, Y. Berardi, V. Calabria, N. F. Catanesi, M. G. Radicioni, E. Calabria, N. F. Langella, A. De Rosa, G. Collazuol, G. Feltre, M. Iacob, F. Lamoureux, M. Mattiazzi, M. Ludovici, L. Gonin, M. Périssé, L. Quilain, B. Fujisawa, C. Horiuchi, S. Kobayashi, M. Liu, Y. M. Maekawa, Y. Nishimura, Y. Okazaki, R. Akutsu, R. Friend, M. Hasegawa, T. Ishida, T. Kobayashi, T. Jakkapu, M. Matsubara, T. Nakadaira, T. Nakamura, K. Oyama, Y. Yrey, A. Portocarrero Sakashita, K. Sekiguchi, T. Tsukamoto, T. Bhuiyan, N. Burton, G. T. Di Lodovico, F. Gao, J. Goldsack, A. Katori, T. Migenda, J. Ramsden, R. M. Xie, Z. Zsoldos, S. Kotsar, Y. Ozaki, H. Suzuki, A. T. Takagi, Y. Takeuchi, Y. Zhong, H. Feng, J. Feng, L. Han, S. Hu, J. R. Hu, Z. Kawaue, M. Kikawa, T. Mori, M. Nakaya, T. Ngoc, T. V. Wendell, R. A. Yasutome, K. Jenkins, S. J. McCauley, N. Mehta, P. Tarrant, A. Wilking, M. J. Fukuda, Y. Itow, Y. Menjo, H. Ninomiya, K. Yoshioka, Y. Lagoda, J. Mandal, M. Mijakowski, P. Prabhu, Y. S. Zalipska, J. Jia, M. Jiang, J. Jung, C. K. Shi, W. Wilking, M. J. Hino, Y. Ishino, H. Kitagawa, H. Koshio, Y. Nakanishi, F. Sakai, S. Tada, T. Tano, T. Ishizuka, T. Barr, G. Barrow, D. Cook, L. Samani, S. Wark, D. Holin, A. Nova, F. Jung, S. Yang, B. S. Yang, J. Y. Yoo, J. Fannon, J. E. P. Kneale, L. Malek, M. McElwee, J. M. Peacock, T. Stowell, P. Thiesse, M. D. Thompson, L. F. Wilson, S. T. Okazawa, H. Lakshmi, S. M. Kim, S. B. Kwon, E. Lee, M. W. Seo, J. W. Yu, I. Ichikawa, A. K. Nakamura, K. D. Tairafune, S. Nishijima, K. Eguchi, A. Goto, S. Mizuno, Y. Muro, T. Nakagiri, K. Nakajima, Y. Shima, S. Taniuchi, N. Watanabe, E. Yokoyama, M. de Perio, P. Fujita, S. Jesús-Valls, C. Martens, K. Marti, Ll. Tsui, K. M. Vagins, M. R. Xia, J. Kuze, M. Izumiyama, S. Matsumoto, R. Terada, K. Asaka, R. Ishitsuka, M. Ito, H. Kinoshita, T. Ommura, Y. Shigeta, N. Shinoki, M. Suganuma, T. Yamauchi, K. Yoshida, T. Martin, J. F. Tanaka, H. A. Towstego, T. Nakano, Y. Cormier, F. Gaur, R. Gousy-Leblanc, V. Hartz, M. Konaka, A. Li, X. Smithers, B. R. Chen, S. Wu, Y. Xu, B. D. Zhang, A. Q. Zhang, B. Girgus, M. Govindaraj, P. Posiadala-Zezula, M. Boyd, S. B. Edwards, R. Hadley, D. Nicholson, M. O'Flaherty, M. Richards, B. Ali, A. Jamieson, B. Amanai, S. Minamino, A. Pintaudi, G. Sano, S. Shibayama, R. Shimamura, R. Suzuki, S. Wada, K. High Energy Physics - Experiment Instrumentation and Detectors In recent neutrino detectors, neutrons produced in neutrino reactions play an important role. Muon capture on oxygen nuclei is one of the processes that produce neutrons in water Cherenkov detectors. We measured neutron multiplicity in the process using cosmic ray muons that stop in the gadolinium-loaded Super-Kamiokande detector. For this measurement, neutron detection efficiency is obtained with the muon capture events followed by gamma rays to be $50.2^{+2.0}_{-2.1}\%$. By fitting the observed multiplicity considering the detection efficiency, we measure neutron multiplicity in muon capture as $P(0)=24\pm3\%$, $P(1)=70^{+3}_{-2}\%$, $P(2)=6.1\pm0.5\%$, $P(3)=0.38\pm0.09\%$. This is the first measurement of the multiplicity of neutrons associated with muon capture on oxygen without neutron energy threshold.
title	Neutron multiplicity measurement in muon capture on oxygen nuclei in the Gd-loaded Super-Kamiokande detector
topic	High Energy Physics - Experiment Instrumentation and Detectors
url	https://arxiv.org/abs/2502.17002