Geant4 is a software toolkit for the simulation of the passage of particles through matter. It is used by a large number of experiments and projects in a variety of application domains, including high energy physics, astrophysics and space science, medical physics and radiation protection. Over the past several years, major changes have been made to the toolkit in order to accommodate the needs of these user communities, and to efficiently exploit the growth of computing power made available by advances in technology. The adaptation of Geant4 to multithreading, advances in physics, detector modeling and visualization, extensions to the toolkit, including biasing and reverse Monte Carlo, and tools for physics and release validation are discussed here.

The T2K experiment observes indications of ν(μ) → ν(e) appearance in data accumulated with 1.43×10(20) protons on target. Six events pass all selection criteria at the far detector. In a three-flavor neutrino oscillation scenario with |Δm(23)(2)| = 2.4×10(-3) eV(2), sin(2)2θ(23) = 1 and sin(2)2θ(13) = 0, the expected number of such events is 1.5±0.3(syst). Under this hypothesis, the probability to observe six or more candidate events is 7×10(-3), equivalent to 2.5σ significance. At 90% C.L., the data are consistent with 0.03(0.04) < sin(2)2θ(13) < 0.28(0.34) for δ(CP) = 0 and a normal (inverted) hierarchy.

The T2K experiment is a long-baseline neutrino oscillation experiment. Its main goal is to measure the last unknown lepton sector mixing angle {\theta}_{13} by observing {\nu}_e appearance in a {\nu}_{\mu} beam. It also aims to make a precision measurement of the known oscillation parameters, {\Delta}m^{2}_{23} and sin^{2} 2{\theta}_{23}, via {\nu}_{\mu} disappearance studies. Other goals of the experiment include various neutrino cross section measurements and sterile neutrino searches. The experiment uses an intense proton beam generated by the J-PARC accelerator in Tokai, Japan, and is composed of a neutrino beamline, a near detector complex (ND280), and a far detector (Super-Kamiokande) located 295 km away from J-PARC. This paper provides a comprehensive review of the instrumentation aspect of the T2K experiment and a summary of the vital information for each subsystem.

The T2K experiment has observed electron neutrino appearance in a muon neutrino beam produced 295 km from the Super-Kamiokande detector with a peak energy of 0.6 GeV. A total of 28 electron neutrino events were detected with an energy distribution consistent with an appearance signal, corresponding to a significance of 7.3σ when compared to 4.92±0.55 expected background events. In the Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata mixing model, the electron neutrino appearance signal depends on several parameters including three mixing angles θ12, θ23, θ13, a mass difference Δm232 and a CP violating phase δCP. In this neutrino oscillation scenario, assuming |Δm232|=2.4×10−3 eV2, sin2θ23=0.5, and Δm232>0 (Δm232<0), a best-fit value of sin22θ13=0.140+0.038−0.032 (0.170+0.045−0.037) is obtained at δCP=0. When combining the result with the current best knowledge of oscillation parameters including the world average value of θ13 from reactor experiments, some values of δCP are disfavored at the 90% C.L.Received 19 November 2013DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.061802© 2014 American Physical Society

A bstract A measurement of the single-top-quark t -channel production cross section in pp collisions at $ \sqrt{s}=7 $ TeV with the CMS detector at the LHC is presented. Two different and complementary approaches have been followed. The first approach exploits the distributions of the pseudorapidity of the recoil jet and reconstructed top-quark mass using background estimates determined from control samples in data. The second approach is based on multivariate analysis techniques that probe the compatibility of the candidate events with the signal. Data have been collected for the muon and electron final states, corresponding to integrated luminosities of 1.17 and 1.56 fb −1 , respectively. The single-top-quark production cross section in the t -channel is measured to be 67 . 2±6 . 1 pb, in agreement with the approximate next-to-next-to-leading-order standard model prediction. Using the standard model electroweak couplings, the CKM matrix element | V tb | is measured to be 1 . 020 ± 0 . 046 (meas.) ± 0 . 017 (theor.).

The MINERvA experiment is designed to perform precision studies of neutrino-nucleus scattering using $\nu_\mu$ and ${\bar\nu}_\mu$ neutrinos incident at 1-20 GeV in the NuMI beam at Fermilab. This article presents a detailed description of the \minerva detector and describes the {\em ex situ} and {\em in situ} techniques employed to characterize the detector and monitor its performance. The detector is comprised of a finely-segmented scintillator-based inner tracking region surrounded by electromagnetic and hadronic sampling calorimetry. The upstream portion of the detector includes planes of graphite, iron and lead interleaved between tracking planes to facilitate the study of nuclear effects in neutrino interactions. Observations concerning the detector response over sustained periods of running are reported. The detector design and methods of operation have relevance to future neutrino experiments in which segmented scintillator tracking is utilized.

A bstract A search is presented for a third-generation leptoquark (LQ) coupled exclusively to a τ lepton and a b quark. The search is based on proton-proton collision data at a center-of-mass energy of 13 TeV recorded with the CMS detector, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb − 1 . Events with τ leptons and a varying number of jets originating from b quarks are considered, targeting the single and pair production of LQs, as well as nonresonant t -channel LQ exchange. An excess is observed in the data with respect to the background expectation in the combined analysis of all search regions. For a benchmark LQ mass of 2 TeV and an LQ-b-τ coupling strength of 2.5, the excess reaches a local significance of up to 2.8 standard deviations. Upper limits at the 95% confidence level are placed on the LQ production cross section in the LQ mass range 0.5–2.3 TeV, and up to 3 TeV for t -channel LQ exchange. Leptoquarks are excluded below masses of 1.22–1.88 TeV for different LQ models and varying coupling strengths up to 2.5. The study of nonresonant ττ production through t -channel LQ exchange allows lower limits on the LQ mass of up to 2.3 TeV to be obtained.