Measurements of the charge ratio and polarization of cosmic-ray muons with the Super-Kamiokande detector - HAL Accéder directement au contenu
Pré-publication, Document de travail Année : 2024

Measurements of the charge ratio and polarization of cosmic-ray muons with the Super-Kamiokande detector

H Kitagawa , T Tada , K Abe , C Bronner , Y Hayato , K Hiraide , K Hosokawa , K Ieki , M Ikeda , J Kameda , Y Kanemura , R Kaneshima , Y Kashiwagi , Y Kataoka , S Miki , S Mine , M Miura , S Moriyama , Y Nakano , M Nakahata , S Nakayama , Y Noguchi , K Okamoto , K Sato , H Sekiya , H Shiba , K Shimizu , M Shiozawa , Y Sonoda , Y Suzuki , A Takeda , Y Takemoto , A Takenaka , H Tanaka , S Watanabe , T Yano , S Han , T Kajita (1) , K Okumura , T Tashiro , T Tomiya , X Wang , S Yoshida , G.D Megias , P Fernandez , L Labarga , N Ospina , B Zaldivar , B.W Pointon , E Kearns , J.L Raaf , L Wan , T Wester , J Bian , N.J Griskevich , S Locke , M.B Smy , H.W Sobel , V Takhistov , A Yankelevich , J Hill , M.C Jang , S.H Lee , D.H Moon , R.G Park , B Bodur , K Scholberg , C.W Walter , A Beauchêne (2) , O Drapier (2) , A Giampaolo (2) , Th.A Mueller (2) , A.D Santos (2) , P Paganini (2) , B Quilain (2) , R Rogly (2) , T Nakamura , J.S Jang , L.N Machado , J.G Learned , K Choi , N Iovine , S Cao , L.H.V Anthony , D Martin , N.W Prouse , M Scott , A.A Sztuc , Y Uchida , V Berardi , N.F Calabria , M.G Catanesi , E Radicioni , A Langella , G de Rosa , G Collazuol , F Iacob , M Lamoureux , M Mattiazzi , L Ludovici , M Gonin (1) , L Périssé (1) , G Pronost (1) , C Fujisawa , Y Maekawa , Y Nishimura , R Okazaki , R Akutsu , M Friend , T Hasegawa , T Ishida , T Kobayashi , M Jakkapu , T Matsubara , T Nakadaira , K Nakamura , Y Oyama , K Sakashita , T Sekiguchi , T Tsukamoto , N Bhuiyan , G.T Burton , F Di Lodovico , J Gao , A Goldsack , T Katori , J Migenda , R.M Ramsden , Z Xie , S Zsoldos , Y Kotsar , H Ozaki , A.T Suzuki , Y Takagi , Y Takeuchi , H Zhong , J Feng , L Feng , J.R Hu , Z Hu , M Kawaue , T Kikawa , M Mori , T Nakaya , R.A Wendell , K Yasutome , S.J Jenkins , N Mccauley , P Mehta , A Tarant , M.J Wilking , Y Fukuda , Y Itow , H Menjo , K Ninomiya , Y Yoshioka , J Lagoda , M Mandal , P Mijakowski , Y.S Prabhu , J Zalipska , M Jia , J Jiang , C.K Jung , W Shi , C Yanagisawa , M Harada , Y Hino , H Ishino , Y Koshio , F Nakanishi , S Sakai , T Tano , T Ishizuka , G Barr , D Barrow , L Cook , S Samani , D Wark , A Holin , F Nova , S Jung , B.S Yang , J.Y Yang , J Yoo , J.E.P Fannon , L Kneale , M Malek , J.M Mcelwee , M.D Thiesse , L.F Thompson , S.T Wilson , H Okazawa , S.M Lakshmi , S.B Kim , E Kwon , J.W Seo , I Yu , A.K Ichikawa , K.D Nakamura , S Tairafune , K Nishijima , A Eguchi , K Nakagiri , Y Nakajima , S Shima , N Taniuchi , E Watanabe , M Yokoyama , P de Perio , S Fujita , C Jesús-Valls , K Martens , K.M Tsui , M.R Vagins , J Xia , S Izumiyama , M Kuze , R Matsumoto , K Terada , M Ishitsuka , H Ito , T Kinoshita , Y Ommura , N Shigeta , M Shinoki , T Suganuma , K Yamauchi , T Yoshida , J.F Martin , H.A Tanaka , T Towstego , R Gaur , V Gousy-Leblanc , M Hartz , A Konaka , X Li , S Chen , B.D Xu , B Zhang , M Posiadala-Zezula , S.B Boyd , R Edwards , D Hadley , M Nicholson , M O'Flaherty , B Richards , A Ali , B Jamieson , S Amanai , Ll Marti , A Minamino , G Pintaudi , S Sano , S Suzuki , K Wada
H Kitagawa
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T Tada
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K Abe
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C Bronner
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Y Hayato
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K Hiraide
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K Hosokawa
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K Ieki
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M Ikeda
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J Kameda
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Y Kanemura
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R Kaneshima
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Y Kashiwagi
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Y Kataoka
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S Miki
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S Mine
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M Miura
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S Moriyama
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Y Nakano
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M Nakahata
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S Nakayama
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Y Noguchi
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K Okamoto
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K Sato
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H Sekiya
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H Shiba
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K Shimizu
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M Shiozawa
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Y Sonoda
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Y Suzuki
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A Takeda
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Y Takemoto
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A Takenaka
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H Tanaka
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S Watanabe
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T Yano
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S Han
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K Okumura
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T Tashiro
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X Wang
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S Yoshida
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P Fernandez
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L Labarga
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N Ospina
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B Zaldivar
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B.W Pointon
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E Kearns
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J.L Raaf
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L Wan
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T Wester
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J Bian
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N.J Griskevich
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S Locke
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M.B Smy
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H.W Sobel
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V Takhistov
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J Hill
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M.C Jang
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S.H Lee
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D.H Moon
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R.G Park
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K Scholberg
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C.W Walter
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J.S Jang
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J.G Learned
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K Choi
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N Iovine
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S Cao
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L.H.V Anthony
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D Martin
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N.W Prouse
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M Scott
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Y Uchida
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V Berardi
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M.G Catanesi
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E Radicioni
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G de Rosa
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G Collazuol
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Y Maekawa
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T Nakadaira
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Y Oyama
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T Sekiguchi
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Z Hu
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M Kawaue
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T Kikawa
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M Mori
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T Nakaya
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R.A Wendell
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K Yasutome
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N Mccauley
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P Mehta
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A Tarant
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M.J Wilking
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Y Fukuda
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Y Itow
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H Menjo
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K Ninomiya
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Y Yoshioka
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J Lagoda
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M Mandal
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P Mijakowski
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Y.S Prabhu
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J Zalipska
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M Jia
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J Jiang
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C.K Jung
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W Shi
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C Yanagisawa
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M Harada
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Y Hino
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H Ishino
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Y Koshio
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F Nakanishi
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S Sakai
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T Ishizuka
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L Cook
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C Jesús-Valls
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K Yamauchi
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H.A Tanaka
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R Gaur
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V Gousy-Leblanc
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M Hartz
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S Chen
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B.D Xu
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B Zhang
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M Posiadala-Zezula
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M Nicholson
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M O'Flaherty
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B Richards
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B Jamieson
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S Amanai
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Ll Marti
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A Minamino
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G Pintaudi
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S Sano
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S Suzuki
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K Wada
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Résumé

We present the results of the charge ratio ($R$) and polarization ($P^{\mu}_{0}$) measurements using the decay electron events collected from 2008 September to 2022 June by the Super-Kamiokande detector. Because of its underground location and long operation, we performed high precision measurements by accumulating cosmic-ray muons. We measured the muon charge ratio to be $R=1.32 \pm 0.02$$(\mathrm{stat.}{+}\mathrm{syst.})$ at $E_{\mu}\cos \theta_{\mathrm{Zenith}}=0.7^{+0.3}_{-0.2}$$\mathrm{TeV}$, where $E_{\mu}$ is the muon energy and $\theta_{\mathrm{Zenith}}$ is the zenith angle of incoming cosmic-ray muons. This result is consistent with the Honda flux model while this suggests a tension with the $\pi K$ model of $1.9\sigma$. We also measured the muon polarization at the production location to be $P^{\mu}_{0}=0.52 \pm 0.02$$(\mathrm{stat.}{+}\mathrm{syst.})$ at the muon momentum of $0.9^{+0.6}_{-0.1}$$\mathrm{TeV}/c$ at the surface of the mountain; this also suggests a tension with the Honda flux model of $1.5\sigma$. This is the most precise measurement ever to experimentally determine the cosmic-ray muon polarization near $1~\mathrm{TeV}/c$. These measurement results are useful to improve the atmospheric neutrino simulations.
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Dates et versions

hal-04522842, version 1 (27-03-2024)

Identifiants

Citer

H Kitagawa, T Tada, K Abe, C Bronner, Y Hayato, et al.. Measurements of the charge ratio and polarization of cosmic-ray muons with the Super-Kamiokande detector. 2024. ⟨hal-04522842⟩
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Dernière date de mise à jour le 26/06/2024
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