Demonstration of neutron identification in neutrino interactions in the MicroBooNE liquid argon time projection chamber
Authors:   The MicroBooNE Collaboration, Abratenko P. , Alterkait O. , Aldana D. Andrade , Arellano L. , Asaadi J. , Ashkenazi A. , Balasubramanian S. , Baller B. , Barnard A. , Barr G. , Barrow D. , Barrow J. , Basque V. , Bateman J. , Rodrigues O. Benevides , Berkman S. , Bhanderi A. , Bhat A. , Bhattacharya M. , Bishai M. , Blake A. , Bogart B. , Bolton T. , Book J. Y. , Brunetti M. B. , Camilleri L. , Cao Y. , Caratelli D. , Cavanna F. , Cerati G. , Chappell A. , Chen Y. , Conrad J. M. , Convery M. , Cooper-Troendle L. , Crespo-Anadón J. I. , Cross R. , Del Tutto M. , Dennis S. R. , Detje P. , Diurba R. , Djurcic Z. , Dorrill R. , Duffy K. , Dytman S. , Eberly B. , Englezos P. , Ereditato A. , Evans J. J. , Fine R. , Foreman W. , Fleming B. T. , Franco D. , Furmanski A. P. , Gao F. , Garcia-Gamez D. , Gardiner S. , Ge G. , Gollapinni S. , Gramellini E. , Green P. , Greenlee H. , Gu L. , Gu W. , Guenette R. , Guzowski P. , Hagaman L. , Handley M. D. , Hen O. , Hilgenberg C. , Horton-Smith G. A. , Imani Z. , Irwin B. , Ismail M. S. , James C. , Ji X. , Jo J. H. , Johnson R. A. , Jwa Y.-J. , Kalra D. , Kamp N. , Karagiorgi G. , Ketchum W. , Kirby M. , Kobilarcik T. , Kreslo I. , Lane N. , Li J.-Y. , Li Y. , Lin K. , Littlejohn B. R. , Liu H. , Louis W. C. , Luo X. , Mariani C. , Marsden D. , Marshall J. , Martinez N. , Caicedo D. A. Martinez , Martynenko S. , Mastbaum A. , Mawby I. , McConkey N. , Meddage V. , Mendez J. , Micallef J. , Miller K. , Mogan A. , Mohayai T. , Mooney M. , Moor A. F. , Moore C. D. , Lepin L. Mora , Moudgalya M. M. , Mulleriababu S. , Naples D. , Navrer-Agasson A. , Nayak N. , Nebot-Guinot M. , Nguyen C. , Nowak J. , Oza N. , Palamara O. , Pallat N. , Paolone V. , Papadopoulou A. , Papavassiliou V. , Parkinson H. B. , Pate S. F. , Patel N. , Pavlovic Z. , Piasetzky E. , Pletcher K. , Pophale I. , Qian X. , Raaf J. L. , Radeka V. , Rafique A. , Reggiani-Guzzo M. , Ren L. , Rochester L. , Rondon J. Rodriguez , Rosenberg M. , Ross-Lonergan M. , Safa I. , Schmitz D. W. , Schukraft A. , Seligman W. , Shaevitz M. H. , Sharankova R. , Shi J. , Snider E. L. , Soderberg M. , Söldner-Rembold S. , Spitz J. , Stancari M. , John J. St. , Strauss T. , Szelc A. M. , Tang W. , Taniuchi N. , Terao K. , Thorpe C. , Torbunov D. , Totani D. , Toups M. , Trettin A. , Tsai Y.-T. , Tyler J. , Uchida M. A. , Usher T. , Viren B. , Wang J. , Weber M. , Wei H. , White A. J. , Wolbers S. , Wongjirad T. , Wospakrik M. , Wresilo K. , Wu W. , Yandel E. , Yang T. , Yates L. E. , Yu H. W. , Zeller G. P. , Zennamo J. , Zhang C. 
Published: October 2024

A significant challenge in measurements of neutrino oscillations is reconstructing the incoming neutrino energies. While modern fully-active tracking calorimeters such as liquid argon time projection chambers in principle allow the measurement of all final state particles above some detection threshold, undetected neutrons remain a considerable source of missing energy with little to no data constraining their production rates and kinematics. We present the first demonstration of tagging neutrino-induced neutrons in liquid argon time projection chambers using secondary protons emitted from neutron-argon interactions in the MicroBooNE detector. We describe the method developed to identify neutrino-induced neutrons and demonstrate its performance using neutrons produced in muon-neutrino charged current interactions. The method is validated using a small subset of MicroBooNE’s total dataset. The selection yields a sample with $$60\%$$

60
%

of selected tracks corresponding to neutron-induced secondary protons. At this purity, the integrated efficiency is 8.4% for neutrons that produce a detectable proton.