Measurement of the $${\eta _{c}} (1S)$$ production cross-section in $$p $$ $$p $$ collisions at $$\sqrt{s} = 13$$ $$\, \text {TeV}$$
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Published:2020-03
Issue:3
Volume:80
Page:
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ISSN:1434-6044
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Container-title:The European Physical Journal C
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language:en
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Short-container-title:Eur. Phys. J. C
Author:
Aaij R., Beteta C. Abellán, Ackernley T., Adeva B., Adinolfi M., Afsharnia H., Aidala C. A., Aiola S., Ajaltouni Z., Akar S., Albicocco P., Albrecht J., Alessio F., Alexander M., Albero A. Alfonso, Alkhazov G., Cartelle P. Alvarez, Alves A. A., Amato S., Amhis Y., An L., Anderlini L., Andreassi G., Andreotti M., Archilli F., d’Argent P., Romeu J. Arnau, Artamonov A., Artuso M., Arzymatov K., Aslanides E., Atzeni M., Audurier B., Bachmann S., Back J. J., Baker S., Balagura V., Baldini W., Baranov A., Barlow R. J., Barsuk S., Barter W., Bartolini M., Baryshnikov F., Bassi G., Batozskaya V., Batsukh B., Battig A., Battista V., Bay A., Becker M., Bedeschi F., Bediaga I., Beiter A., Bel L. J., Belavin V., Belin S., Beliy N., Bellee V., Belous K., Belyaev I., Ben-Haim E., Bencivenni G., Benson S., Beranek S., Berezhnoy A., Bernet R., Berninghoff D., Bernstein H. C., Bertholet E., Bertolin A., Betancourt C., Betti F., Bettler M. O., Beuzekom M. van, Bezshyiko Ia., Bhasin S., Bhom J., Bieker M. S., Bifani S., Billoir P., Birnkraut A., Bizzeti A., Bjørn M., Blago M. P., Blake T., Blanc F., Blusk S., Bobulska D., Bocci V., Garcia O. Boente, Boettcher T., Boldyrev A., Bondar A., Bondar N., Borghi S., Borisyak M., Borsato M., Borsuk J. T., Boubdir M., Bowcock T. J. V., Bozzi C., Braun S., Rodriguez A. Brea, Brodski M., Brodzicka J., Gonzalo A. Brossa, Brundu D., Buchanan E., Buonaura A., Burr C., Bursche A., Butter J. S., Buytaert J., Byczynski W., Cadeddu S., Cai H., Calabrese R., Cali S., Calladine R., Calvi M., Gomez M. Calvo, Camboni A., Campana P., Perez D. H. Campora, Capriotti L., Carbone A., Carboni G., Cardinale R., Cardini A., Carniti P., Akiba K. Carvalho, Vidal A. Casais, Casse G., Cattaneo M., Cavallero G., Cenci R., Cerasoli J., Chapman M. G., Charles M., Charpentier Ph., Chatzikonstantinidis G., Chefdeville M., Chekalina V., Chen C., Chen S., Chernov A., Chitic S.-G., Chobanova V., Chrzaszcz M., Chubykin A., Ciambrone P., Cicala M. F., Vidal X. Cid, Ciezarek G., Cindolo F., Clarke P. E. L., Clemencic M., Cliff H. V., Closier J., Cobbledick J. L., Coco V., Coelho J. A. B., Cogan J., Cogneras E., Cojocariu L., Collins P., Colombo T., Comerma-Montells A., Contu A., Cooke N., Coombs G., Coquereau S., Corti G., Sobral C. M. Costa, Couturier B., Cowan G. A., Craik D. C., Crocombe A., Torres M. Cruz, Currie R., D’Ambrosio C., Da Silva C. L., Dall’Occo E., Dalseno J., Danilina A., Davis A., De Aguiar Francisco O., De Bruyn K., De Capua S., De Cian M., De Miranda J. M., De Paula L., De Serio M., De Simone P., Dean C. T., Dean W., Decamp D., Buono L. Del, Delaney B., Dembinski H.-P., Demmer M., Dendek A., Denysenko V., Derkach D., Deschamps O., Desse F., Dettori F., Dey B., Canto A. Di, Nezza P. Di, Didenko S., Dijkstra H., Dordei F., Dorigo M., Suárez A. Dosil, Douglas L., Dovbnya A., Dreimanis K., Dudek M. W., Dufour L., Dujany G., Durante P., Durham J. M., Dutta D., Dzhelyadin R., Dziewiecki M., Dziurda A., Dzyuba A., Easo S., Egede U., Egorychev V., Eidelman S., Eisenhardt S., Ek-In S., Ekelhof R., Eklund L., Ely S., Ene A., Escher S., Esen S., Evans T., Falabella A., Fan J., Farley N., Farry S., Fazzini D., Declara P. Fernandez, Prieto A. Fernandez, Ferrari F., Lopes L. Ferreira, Rodrigues F. Ferreira, Sole S. Ferreres, Ferro-Luzzi M., Filippov S., Fini R. A., Fiorini M., Firlej M., Fischer K. M., Fitzpatrick C., Fiutowski T., Fleuret F., Fontana M., Fontanelli F., Forty R., Lima V. Franco, Sevilla M. Franco, Frank M., Frei C., Friday D. A., Fu J., Funk W., Féo M., Gabriel E., Torreira A. Gallas, Galli D., Gallorini S., Gambetta S., Gan Y., Gandelman M., Gandini P., Gao Y., Martin L. M. Garcia, Plana B. Garcia, Rosales F. A. Garcia, Pardiñas J. García, Tico J. Garra, Garrido L., Gascon D., Gaspar C., Gazzoni G., Gerick D., Gersabeck E., Gersabeck M., Gershon T., Gerstel D., Ghez Ph., Gibson V., Gioventù A., Girard O. G., Gironell P. Gironella, Giubega L., Giugliano C., Gizdov K., Gligorov V. V., Golubkov D., Golutvin A., Gomes A., Gorelov I. V., Gotti C., Govorkova E., Grabowski J. P., Diaz R. Graciani, Grammatico T., Cardoso L. A. Granado, Graugés E., Graverini E., Graziani G., Grecu A., Greim R., Griffith P., Grillo L., Gruber L., Cazon B. R. Gruberg, Gu C., Guo X., Gushchin E., Guth A., Guz Yu., Gys T., Göbel C., Hadavizadeh T., Hadjivasiliou C., Haefeli G., Haen C., Haines S. C., Hamilton P. M., Han Q., Han X., Hancock T. H., Hansmann-Menzemer S., Harnew N., Harrison T., Hart R., Hasse C., Hatch M., He J., Hecker M., Heijhoff K., Heinicke K., Heister A., Hennequin A. M., Hennessy K., Henry L., Herwijnen E. van, Heuel J., Heß M., Hicheur A., Charman R. Hidalgo, Hill D., Hilton M., Hopchev P. H., Hu J., Hu W., Huang W., Huard Z. C., Hulsbergen W., Humair T., Hunter R. J., Hushchyn M., Hutchcroft D., Hynds D., Ibis P., Idzik M., Ilten P., Inglessi A., Inyakin A., Ivshin K., Jacobsson R., Jakobsen S., Jalocha J., Jans E., Jashal B. K., Jawahery A., Jevtic V., Jiang F., John M., Johnson D., Jones C. R., Jost B., Jurik N., Kandybei S., Karacson M., Kariuki J. M., Karodia S., Kazeev N., Kecke M., Keizer F., Kelsey M., Kenzie M., Ketel T., Khanji B., Kharisova A., Khurewathanakul C., Kim K. E., Kirn T., Kirsebom V. S., Klaver S., Klimaszewski K., Koliiev S., Kondybayeva A., Konoplyannikov A., Kopciewicz P., Kopecna R., Koppenburg P., Kostiuk I., Kot O., Kotriakhova S., Kozeiha M., Kravchuk L., Krawczyk R. D., Kreps M., Kress F., Kretzschmar S., Krokovny P., Krupa W., Krzemien W., Kucewicz W., Kucharczyk M., Kudryavtsev V., Kuindersma H. S., Kunde G. J., Kuonen A. K., Kvaratskheliya T., Lacarrere D., Lafferty G., Lai A., Lancierini D., Lane J. J., Lanfranchi G., Langenbruch C., Latham T., Lazzari F., Lazzeroni C., Gac R. Le, Leflat A., Lefèvre R., Lemaitre F., Leroy O., Lesiak T., Leverington B., Li H., Li P.-R., Li X., Li Y., Li Z., Liang X., Lindner R., Ling P., Lionetto F., Lisovskyi V., Liu G., Liu X., Loh D., Loi A., Castro J. Lomba, Longstaff I., Lopes J. H., Loustau G., Lovell G. H., Lucchesi D., Martinez M. Lucio, Luo Y., Lupato A., Luppi E., Lupton O., Lusiani A., Lyu X., Ma R., Maccolini S., Machefert F., Maciuc F., Macko V., Mackowiak P., Maddrell-Mander S., Mohan L. R. Madhan, Maev O., Maevskiy A., Maguire K., Maisuzenko D., Majewski M. W., Malde S., Malecki B., Malinin A., Maltsev T., Malygina H., Manca G., Mancinelli G., Escalero R. Manera, Manuzzi D., Marangotto D., Maratas J., Marchand J. F., Marconi U., Mariani S., Benito C. Marin, Marinangeli M., Marino P., Marks J., Marshall P. J., Martellotti G., Martinazzoli L., Martinelli M., Santos D. Martinez, Vidal F. Martinez, Massafferri A., Materok M., Matev R., Mathad A., Mathe Z., Matiunin V., Matteuzzi C., Mattioli K. R., Mauri A., Maurice E., McCann M., Mcconnell L., McNab A., McNulty R., Mead J. V., Meadows B., Meaux C., Meinert N., Melnychuk D., Meloni S., Merk M., Merli A., Michielin E., Milanes D. A., Millard E., Minard M.-N., Mineev O., Minzoni L., Mitchell S. E., Mitreska B., Mitzel D. S., Mogini A., Moise R. D., Mombächer T., Monroy I. A., Monteil S., Morandin M., Morello G., Morello M. J., Moron J., Morris A. B., Morris A. G., Mountain R., Mu H., Muheim F., Mukherjee M., Mulder M., Murphy C. H., Murray D., Muzzetto P., Mödden A., Müller D., Müller J., Müller K., Müller V., Naik P., Nakada T., Nandakumar R., Nandi A., Nanut T., Nasteva I., Needham M., Neri N., Neubert S., Neufeld N., Newcombe R., Nguyen T. D., Nguyen-Mau C., Niel E. M., Nieswand S., Nikitin N., Nolte N. S., O’Hanlon D. P., Oblakowska-Mucha A., Obraztsov V., Ogilvy S., Oldeman R., Onderwater C. J. G., Osborn J. D., Ossowska A., Goicochea J. M. Otalora, Ovsiannikova T., Owen P., Oyanguren A., Pais P. R., Pajero T., Palano A., Palutan M., Panshin G., Papanestis A., Pappagallo M., Pappalardo L. L., Parker W., Parkes C., Passaleva G., Pastore A., Patel M., Patrignani C., Pearce A., Pellegrino A., Penso G., Altarelli M. Pepe, Perazzini S., Pereima D., Perret P., Pescatore L., Petridis K., Petrolini A., Petrov A., Petrucci S., Petruzzo M., Pietrzyk B., Pietrzyk G., Pikies M., Pili M., Pinci D., Pinzino J., Pisani F., Piucci A., Placinta V., Playfer S., Plews J., Casasus M. Plo, Polci F., Lener M. Poli, Poliakova M., Poluektov A., Polukhina N., Polyakov I., Polycarpo E., Pomery G. J., Ponce S., Popov A., Popov D., Poslavskii S., Prasanth K., Promberger L., Prouve C., Pugatch V., Navarro A. Puig, Pullen H., Punzi G., Qian W., Qin J., Quagliani R., Quintana B., Raab N. V., Rachwal B., Rademacker J. H., Rama M., Pernas M. Ramos, Rangel M. S., Ratnikov F., Raven G., Salzgeber M. Ravonel, Reboud M., Redi F., Reichert S., Reis A. C. dos, Reiss F., Alepuz C. Remon, Ren Z., Renaudin V., Ricciardi S., Richards S., Rinnert K., Robbe P., Robert A., Rodrigues A. B., Rodrigues E., Lopez J. A. Rodriguez, Roehrken M., Roiser S., Rollings A., Romanovskiy V., Lamas M. Romero, Vidal A. Romero, Roth J. D., Rotondo M., Rudolph M. S., Ruf T., Vidal J. Ruiz, Ryzka J., Silva J. J. Saborido, Sagidova N., Saitta B., Gras C. Sanchez, Mayordomo C. Sanchez, Sedes B. Sanmartin, Santacesaria R., Rios C. Santamarina, Santimaria M., Santovetti E., Sarpis G., Sarti A., Satriano C., Satta A., Saur M., Savrina D., Smead L. G. Scantlebury, Schael S., Schellenberg M., Schiller M., Schindler H., Schmelling M., Schmelzer T., Schmidt B., Schneider O., Schopper A., Schreiner H. F., Schubiger M., Schulte S., Schune M. H., Schwemmer R., Sciascia B., Sciubba A., Sellam S., Semennikov A., Sergi A., Serra N., Serrano J., Sestini L., Seuthe A., Seyfert P., Shangase D. M., Shapkin M., Shears T., Shekhtman L., Shevchenko V., Shmanin E., Shupperd J. D., Siddi B. G., Coutinho R. Silva, de Oliveira L. Silva, Simi G., Simone S., Skiba I., Skidmore N., Skwarnicki T., Slater M. W., Smeaton J. G., Smith E., Smith I. T., Smith M., Soares M., Lavra L. Soares, Sokoloff M. D., Soler F. J. P., De Paula B. Souza, Spaan B., Norella E. Spadaro, Spradlin P., Stagni F., Stahl M., Stahl S., Stefko P., Stefkova S., Steinkamp O., Stemmle S., Stenyakin O., Stepanova M., Stevens H., Stone S., Stracka S., Stramaglia M. E., Straticiuc M., Straumann U., Strokov S., Sun J., Sun L., Sun Y., Svihra P., Swientek K., Szabelski A., Szumlak T., Szymanski M., T’Jampens S., Taneja S., Tang Z., Tekampe T., Tellarini G., Teubert F., Thomas E., Thomson K. A., Tilburg J. van, Tilley M. J., Tisserand V., Tobin M., Tolk S., Tomassetti L., Tonelli D., Tou D. Y., Tournefier E., Traill M., Tran M. T., Trisovic A., Tsaregorodtsev A., Tuci G., Tully A., Tuning N., Ukleja A., Usachov A.ORCID, Ustyuzhanin A., Uwer U., Vagner A., Vagnoni V., Valassi A., Valat S., Valenti G., Hecke H. Van, Hulse C. B. Van, Gomez R. Vazquez, Regueiro P. Vazquez, Vecchi S., Veghel M. van, Velthuis J. J., Veltri M., Venkateswaran A., Vernet M., Veronesi M., Vesterinen M., Barbosa J. V. Viana, Vieira D., Diaz M. Vieites, Viemann H., Vilasis-Cardona X., Vitkovskiy A., Volkov V., Vollhardt A., Bruch D. Vom, Voneki B., Vorobyev A., Vorobyev V., Voropaev N., de Vries J. A., Sierra C. Vázquez, Waldi R., Walsh J., Wang J., Wang J., Wang M., Wang Y., Wang Z., Ward D. R., Wark H. M., Watson N. K., Websdale D., Weiden A., Weisser C., Westhenry B. D. C., White D. J., Whitehead M., Wiedner D., Wilkinson G., Wilkinson M., Williams I., Williams M. R. J., Williams M., Williams T., Wilson F. F., Winn M., Wislicki W., Witek M., Wormser G., Wotton S. A., Wu H., Wyllie K., Xiang Z., Xiao D., Xie Y., Xing H., Xu A., Xu L., Xu M., Xu Q., Xu Z., Xu Z., Yang Z., Yang Z., Yao Y., Yeomans L. E., Yin H., Yu J., Yuan X., Yushchenko O., Zarebski K. A., Zavertyaev M., Zdybal M., Zeng M., Zhang D., Zhang L., Zhang S., Zhang W. C., Zhang Y., Zhelezov A., Zheng Y., Zhou X., Zhou Y., Zhovkovska V., Zhu X., Zhukov V., Zonneveld J. B., Zucchelli S.
Abstract
AbstractUsing a data sample corresponding to an integrated luminosity of 2.0 $$\, \text {fb} ^{-1}$$fb-1, collected by the LHCb experiment, the production of the $${\eta _{c}} (1S)$$ηc(1S) state in proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of $$\sqrt{s} =13$$s=13$$\, \text {TeV}$$TeV is studied in the rapidity range $$2.0< y < 4.5$$2.0<y<4.5 and in the transverse momentum range $$6.5< p_{\mathrm {T}} < 14.0 \, \text {GeV} $$6.5<pT<14.0GeV. The cross-section for prompt production of $${\eta _{c}} (1S)$$ηc(1S) mesons relative to that of the $${J /\psi }$$J/ψ meson is measured using the $$p $$p$$\overline{{p}}$$p¯ decay mode and is found to be $${\sigma _{{\eta _{c}} (1S)}/\sigma _{{{J /\psi }}} = 1.69 \pm 0.15 \pm 0.10 \pm 0.18}$$σηc(1S)/σJ/ψ=1.69±0.15±0.10±0.18. The quoted uncertainties are, in order, statistical, systematic and due to uncertainties on the branching fractions of the $${{J /\psi }} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $$J/ψ→pp¯ and $${\eta _{c}} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $$ηc→pp¯ decays. The prompt $${\eta _{c}} (1S)$$ηc(1S) production cross-section is determined to be $${\sigma _{{\eta _{c}} (1S)} = 1.26 \pm 0.11\pm 0.08\pm 0.14 \,\upmu \text {b}}$$σηc(1S)=1.26±0.11±0.08±0.14μb, where the last uncertainty includes that on the $${J /\psi }$$J/ψ meson cross-section. The ratio of the branching fractions of $$b $$b-hadron decays to the $${\eta _{c}} (1S)$$ηc(1S) and $${J /\psi }$$J/ψ states is measured to be $${{\mathcal {B}} _{{b} \!\rightarrow {\eta _{c}} X}/{\mathcal {B}} _{{b} \!\rightarrow {{J /\psi }} X} = 0.48 \pm 0.03 \pm 0.03 \pm 0.05}$$Bb→ηcX/Bb→J/ψX=0.48±0.03±0.03±0.05, where the last uncertainty is due to those on the branching fractions of the $${{J /\psi }} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $$J/ψ→pp¯ and $${\eta _{c}} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $$ηc→pp¯ decays. The difference between the $${J /\psi }$$J/ψ and $${\eta _{c}} (1S)$$ηc(1S) masses is also determined to be $$113.0 \pm 0.7 \pm 0.1 \, \text {MeV} $$113.0±0.7±0.1MeV, which is the most precise single measurement of this quantity to date.
Publisher
Springer Science and Business Media LLC
Subject
Physics and Astronomy (miscellaneous),Engineering (miscellaneous)
Reference54 articles.
1. G. T. Bodwin, E. Braaten, G. P. Lepage, Rigorous QCD analysis of inclusive annihilation and production of heavy quarkonium, Phys. Rev. D 51, 1125, (1995). https://doi.org/10.1103/PhysRevD.51.1125. Erratum ibid. D55 (1997) 5853. https://doi.org/10.1103/PhysRevD.55.5853. arXiv:hep-ph/9407339 2. CDF collaboration, F. Abe et al., Inclusive $$J/\psi $$, $$\psi {(2S)}$$ and $$b$$ quark production in $$\bar{p}p$$ collisions at $$\sqrt{s} =$$ 1.8 TeV, Phys. Rev. Lett. 69, 3704 (1992) https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.69.3704 3. LHCb collaboration, R. Aaij et al., Measurement of $$J/\psi $$ production in $$pp$$ collisions at $$\sqrt{s}=2.76$$ TeV, JHEP 02, 041, (2013). https://doi.org/10.1007/JHEP02(2013)041. arXiv:1212.1045 4. LHCb collaboration, R. Aaij et al., Updated measurements of exclusive $$J/\psi $$ and $$\psi {(2S)}$$ production cross-sections in $$pp$$ collisions at $$\sqrt{s} = 7$$ TeV, J. Phys. G41, 055002, (2014). https://doi.org/10.1088/0954-3899/41/5/055002. arXiv:1401.3288 5. LHCb collaboration, R. Aaij et al., Production of $$J/\psi $$ and $$\varUpsilon $$ mesons in $$pp$$ collisions at $$\sqrt{s}=$$8 TeV. JHEP 06, 064, (2013). https://doi.org/10.1007/JHEP06(2013)064. arXiv:1304.6977
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