Measurement of the muon flux at the SND@LHC experiment
R. Albanese, A. Alexandrov, F. Alicante, A. Anokhina, Takashi Asada, C. Battilana, A. Bay, C. Betancourt, D. Bick, R. Biswas, A. Blanco, V. Boccia, M. Bogomilov, D. Bonacorsi, W. Bonivento, P. Bordalo, Alexey Boyarsky, S. Buontempo, M. Campanelli, T. Camporesi, V. Canale, A. Castro, D. Centanni, F. Cerutti, M. Chernyavskiy, Ki-Young Choi, Serhii Cholak, F. Cindolo, M. Climescu, A. P. Conaboy, G. M. Dallavalle, Daniele Davino, P. De Bryas Dexmiers D‘archiac, G. De Lellis, M. de Magistris, A. De Roeck, A. De Rújula, M. De Serio, D. De Simone, A. Di Crescenzo, R. Donà, O. Durhan, F. Fabbri, F. Fedotovs, M. Ferrillo, M. Ferro-Luzzi, R. A. Fini, A. Fiorillo, R. Fresa, W. Funk, F. M. Garay Walls, A. Golovatiuk, A. Golutvin, E. Graverini, A. M. Guler, V. Guliaeva, G. Haefeli, C. Hagner, Juan Carlos Helo, E. van Herwijnen, P. Iengo, S. Ilieva, Angelo Infantino, A. Iuliano, R. Jacobsson, C. Kamiscioglu, Anni Kauniskangas, E. Khalikov, S. H. Kim, Yeong Gyun Kim, G. Klioutchnikov, M. Komatsu, N. S. Konovalova, S. Kuleshov, H. Lacker, O. Lantwin, F. Lasagni Manghi, A. Lauria, Kang Young Lee, Kyong Sei Lee, S. Lo Meo, V. P. Loschiavo, S. Marcellini, A. Margiotta, A. Mascellani, Andrea Miano, Oleksii Mikulenko, M.C. Montesi, F. L. Navarria, S. Ogawa, N. Okateva, Maksym Ovchynnikov, Giulia Paggi, B. D. Park, A. Pastore, A. Perrotta, Д. Подгрудков, N. Polukhina, Andrea Prota, A. Quercia
Abstract
Abstract The Scattering and Neutrino Detector at the LHC (SND@LHC) started taking data at the beginning of Run 3 of the LHC. The experiment is designed to perform measurements with neutrinos produced in proton-proton collisions at the LHC in an energy range between 100 GeV and 1 TeV. It covers a previously unexplored pseudo-rapidity range of $$7.2<\eta <8.4$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>7.2</mml:mn> <mml:mo><</mml:mo> <mml:mi>η</mml:mi> <mml:mo><</mml:mo> <mml:mn>8.4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> . The detector is located 480 m downstream of the ATLAS interaction point in the TI18 tunnel. It comprises a veto system, a target consisting of tungsten plates interleaved with nuclear emulsion and scintillating fiber (SciFi) trackers, followed by a muon detector (UpStream, US and DownStream, DS). In this article we report the measurement of the muon flux in three subdetectors: the emulsion, the SciFi trackers and the DownStream Muon detector. The muon flux per integrated luminosity through an 18 $$\times $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mo>×</mml:mo> </mml:math> 18 cm $$^{2}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mrow/> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msup> </mml:math> area in the emulsion is: $$\begin{aligned} 1.5 \pm 0.1(\text {stat}) \times 10^4\,\text {fb/cm}^{2}. \end{aligned}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mtable> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:mrow> <mml:mn>1.5</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.1</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mtext>stat</mml:mtext> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:msup> <mml:mspace/> <mml:msup> <mml:mtext>fb/cm</mml:mtext> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msup> <mml:mo>.</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mtd> </mml:mtr> </mml:mtable> </mml:mrow> </mml:math> The muon flux per integrated luminosity through a 31 $$\times $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mo>×</mml:mo> </mml:math> 31 cm $$^{2}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mrow/> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msup> </mml:math> area in the centre of the SciFi is: $$\begin{aligned} 2.06\pm 0.01(\text {stat})\pm 0.12(\text {sys}) \times 10^{4} \text {fb/cm}^{2} \end{aligned}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mtable> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:mrow> <mml:mn>2.06</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.01</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mtext>stat</mml:mtext> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.12</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mtext>sys</mml:mtext> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mtext>fb/cm</mml:mtext> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:mtd> </mml:mtr> </mml:mtable> </mml:mrow> </mml:math> The muon flux per integrated luminosity through a 52 $$\times $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mo>×</mml:mo> </mml:math> 52 cm $$^{2}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mrow/> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msup> </mml:math> area in the centre of the downstream muon system is: $$\begin{aligned} 2.35\pm 0.01(\text {stat})\pm 0.10(\text {sys}) \times 10^{4}\,\text {fb/cm}^{2} \end{aligned}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mtable> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:mrow> <mml:mn>2.35</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.01</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mtext>stat</mml:mtext> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mtext>sys</mml:mtext> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:msup> <mml:mspace/> <mml:msup> <mml:mtext>fb/cm</mml:mtext> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:mtd> </mml:mtr> </mml:mtable> </mml:mrow> </mml:math> The total relative uncertainty of the measurements by the electronic detectors is 6 $$\%$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mo>%</mml:mo> </mml:math> for the SciFi and 4 $$\%$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mo>%</mml:mo> </mml:math> for the DS measurement. The Monte Carlo simulation prediction of these fluxes is 20–25 $$\%$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mo>%</mml:mo> </mml:math> lower than the measured values.