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Measurement of muon neutrino charged-current quasielasticlike cross section using off-axis NuMI beam at ICARUS

F. Abd Alrahman (University of Houston), P. Abratenko (Tufts University), N. Abrego-Martinez (Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional), A. Aduszkiewicz (University of Houston), F. Akbar (University of Rochester), L. Aliaga Soplin (The University of Texas at Arlington), M. Artero Pons (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova), J. Asaadi (The University of Texas at Arlington), W.F. Badgett (Fermi National Accelerator Laboratory), B. Baibussinov (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova), Biswaranjan Behera (Indian Institute of Science Bangalore), Vincenzo Bellini (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Catania), R. Benocci (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano Bicocca), J. Berger (Colorado State University), S. Bertolucci (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna), M. Betancourt (Fermi National Accelerator Laboratory), Adrien Blanchet (European Organization for Nuclear Research), Fabrizio Boffelli (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pavia), M. Bonesini (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano Bicocca), T. Boone (Colorado State University), Bianca Bottino (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova), Alberto Braggiotti (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova), D. Brailsford (Lancaster University), S.J. Brice (Fermi National Accelerator Laboratory), V. Brio (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Catania), C. Brizzolari (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano Bicocca), H. S. Budd (University of Rochester), A Campani (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova), A. C. Campos (Virginia Tech), D. Carber (Colorado State University), M. Carneiro (Brookhaven National Laboratory), I. Caro Terrazas (Colorado State University), H. Carranza (The University of Texas at Arlington), F. Castillo Fernandez (The University of Texas at Arlington), S. Centro (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova), G. Cerati (Fermi National Accelerator Laboratory), A. Chatterjee (European Organization for Nuclear Research), D. Cherdack (University of Houston), S. Cherubini, Namitha Chithirasreemadam (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), M. Cicerchia (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova), T. E. Coan (Southern Methodist University), A. Cocco (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli), Mark R Convery (SLAC National Accelerator Laboratory), L. Cooper-Troendle (University of Pittsburgh), Simone Copello (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pavia), H. da Motta (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas), M. Dallolio (The University of Texas at Arlington), A. A. Dange (The University of Texas at Arlington), Albert De Roeck (European Organization for Nuclear Research), S. Di Domizio (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova), L. Di Noto (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova), Donato Di Ferdinando (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna), Milind Vaman Diwan (Brookhaven National Laboratory), S. Dolan (European Organization for Nuclear Research), S. Donati (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), F. Drielsma (SLAC National Accelerator Laboratory), J. Dyer (Colorado State University), A. Falcone (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano Bicocca), C. Farnese (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova), A. Fava (Fermi National Accelerator Laboratory), N. Gallice (Brookhaven National Laboratory), Corrado Gatto (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli), D. Gibin (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova), A. Gioiosa (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), W. Gu (Brookhaven National Laboratory), Alberto Guglielmi (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova), G. Gurung (European Organization for Nuclear Research), K. Hassinin (University of Houston), H. Hausner (Fermi National Accelerator Laboratory), Anna Heggestuen (Colorado State University), B. Howard (York University), R. Howell (University of Rochester), Z. Hulcher (SLAC National Accelerator Laboratory), G. Ingratta (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna), M. S. Ismail (University of Pittsburgh), C. James (Fermi National Accelerator Laboratory), W. Jang (The University of Texas at Arlington), K. Jung (University of Rochester), Y.-J. Jwa (SLAC National Accelerator Laboratory), L. Kashur (Colorado State University), W. Ketchum (Fermi National Accelerator Laboratory), J. S. Kim (University of Rochester), D. H. Koh (SLAC National Accelerator Laboratory), J Larkin (University of Rochester), Y. G. Li (Brookhaven National Laboratory), Camillo Mariani (Virginia Tech), C. M. Marshall (University of Rochester), S. Martynenko (Brookhaven National Laboratory), N. Mauri (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna), Kevin S. McFarland (University of Rochester), D. P. Méndez (Brookhaven National Laboratory), A. Menegolli (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pavia), G. Meng (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova), O. G. Miranda (Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional), A. Mogan (Colorado State University), Niccolo Moggi (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna), E. Montagna (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna), Claudio MONTANARI (Fermi National Accelerator Laboratory), A. Montanari (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna), M. Mooney (Colorado State University), M. Moore (SLAC National Accelerator Laboratory), G. Moreno-Granados (Virginia Tech), J. Mueller (Fermi National Accelerator Laboratory), M. Paul Murphy (Virginia Tech), D. Naples (University of Pittsburgh), S. Palestini (European Organization for Nuclear Research), Marco Pallavicini (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova), Vittorio Paolone (University of Pittsburgh), L. Pasqualini (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna), Laura Patrizii (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna), Gianluca Petrillo (SLAC National Accelerator Laboratory), Catia Petta (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Catania), V. Pia (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna), F. Pietropaolo (Fermi National Accelerator Laboratory), Francesco Poppi (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna), Michele Pozzato (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna), M. L. Pumo, G. Putnam (Fermi National Accelerator Laboratory), Xin Qian (Brookhaven National Laboratory), Andrea Rappoldi (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pavia), Gian Luca Raselli (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pavia), S. Repetto (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova), F. Resnati (European Organization for Nuclear Research), A. M. Ricci (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), M. Rosenberg (Tufts University), M. Rossella (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pavia), N. Rowe (University of Chicago), P. Roy (Virginia Tech), C. Rubbia (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Gran Sasso Science Institute), A. Ruggeri (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna), S. Saha (University of Pittsburgh), G. Salmoria (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas), S. Samanta (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova), A. Scaramelli (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pavia), D. W. Schmitz (University of Chicago), A. Schukraft (Fermi National Accelerator Laboratory), D. Senadheera (University of Pittsburgh), S-H. Seo (Fermi National Accelerator Laboratory), F. Sergiampietri (European Organization for Nuclear Research), Gabriele Sirri (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna), J. S. Smedley (University of Rochester), J. Smith (Brookhaven National Laboratory), Mattia Sotgia (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova), Luca Stanco (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova), J. Stewart (Brookhaven National Laboratory), H.A. Tanaka (SLAC National Accelerator Laboratory), Matteo Tenti (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna), K. Terao (SLAC National Accelerator Laboratory), Francesco Terranova (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano Bicocca), Vincent Togo (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna), Donatella Torretta (Fermi National Accelerator Laboratory), M. Torti (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano Bicocca), Riccardo Triozzi (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova), Y.-T. Tsai (SLAC National Accelerator Laboratory), Ka Vang Tsang (SLAC National Accelerator Laboratory), Tracy L. Usher (SLAC National Accelerator Laboratory), F. Varanini (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova), N. Vardy (Colorado State University), S. Ventura (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova), M. Vicenzi (Brookhaven National Laboratory), C. Vignoli (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso), F.A. Wieler (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas), Z. Williams (The University of Texas at Arlington), R.J. Wilson (Colorado State University), P. Wilson (Fermi National Accelerator Laboratory), J. Wolfs (University of Rochester), Taritree Michael Wongjirad (Tufts University), A. Wood (University of Houston), E. Worcester (Brookhaven National Laboratory), M. Worcester (Brookhaven National Laboratory), S. Yadav (The University of Texas at Arlington), H. Yu (Brookhaven National Laboratory), J. Yu (The University of Texas at Arlington), Andrea Zani (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano Bicocca), Joseph Zennamo (Fermi National Accelerator Laboratory), J. Zettlemoyer (Fermi National Accelerator Laboratory), S. Zucchelli (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna)

Physical review. D/Physical review. D.
DOI: 10.1103/3jfl-dczc (Physics and Astronomy)
License: CC BY

Abstract: This paper presents the first neutrino cross-section measurement from the ICARUS detector at Fermilab, using Neutrinos at the Main Injector (NuMI) beam data collected from two beam operation periods corresponding to 2.5 × 10 20 protons-on-target in neutrino beam mode. The signal is defined by events with no pions produced in the final state, a topology dominated by charged-current quasielasticlike signatures. The measurement is reported as flux-averaged differential cross sections as functions of kinematic variables that provide sensitivity to the complex nuclear effects that often dominate the systematic uncertainty budgets of neutrino oscillation measurements. Specifically, this work reports cross sections in two angular variables—the angle of the outgoing lepton and the opening angle between the lepton and leading proton—and two variables characterizing the kinematic imbalance between the muon and proton in the plane transverse to the incoming neutrino. These results are compared against predictions from a variety of neutrino event generators, with p values calculated between the extracted cross sections and each prediction. Overall, the predictions agree with the data; however, the current budget of uncertainties does not yet provide sufficient discriminating power to favor a specific model.

Published on 25 Jun. 2026