Measurement of the $${\eta _{c}} (1S)$$ production cross-section in $$p $$ $$p $$ collisions at $$\sqrt{s} = 13$$ $$\, \text {TeV}$$



Aaij, R, Beteta, C Abellán, Ackernley, T, Adeva, B, Adinolfi, M, Afsharnia, H, Aidala, CA, Aiola, S, Ajaltouni, Z, Akar, S
et al (show 908 more authors) (2020) Measurement of the $${\eta _{c}} (1S)$$ production cross-section in $$p $$ $$p $$ collisions at $$\sqrt{s} = 13$$ $$\, \text {TeV}$$. The European Physical Journal C, 80 (3).

Access the full-text of this item by clicking on the Open Access link.

Abstract

<jats:title>Abstract</jats:title><jats:p>Using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 2.0 <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\, \text {fb} ^{-1}$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace /><mml:msup><mml:mtext>fb</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>, collected by the LHCb experiment, the production of the <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${\eta _{c}} (1S)$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>η</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> state in proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\sqrt{s} =13$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi>s</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula><jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\, \text {TeV}$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace /><mml:mtext>TeV</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> is studied in the rapidity range <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$2.0&lt; y &lt; 4.5$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>2.0</mml:mn><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>4.5</mml:mn></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> and in the transverse momentum range <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$6.5&lt; p_{\mathrm {T}} &lt; 14.0 \, \text {GeV} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>6.5</mml:mn><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>14.0</mml:mn><mml:mspace /><mml:mtext>GeV</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>. The cross-section for prompt production of <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${\eta _{c}} (1S)$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>η</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> mesons relative to that of the <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${J /\psi }$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> meson is measured using the <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$p $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula><jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\overline{{p}}$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mover><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> decay mode and is found to be <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${\sigma _{{\eta _{c}} (1S)}/\sigma _{{{J /\psi }}} = 1.69 \pm 0.15 \pm 0.10 \pm 0.18}$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>η</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.69</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.10</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.18</mml:mn></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>. The quoted uncertainties are, in order, statistical, systematic and due to uncertainties on the branching fractions of the <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${{J /\psi }} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mspace /><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mover><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> and <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${\eta _{c}} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>η</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mspace /><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mover><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> decays. The prompt <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${\eta _{c}} (1S)$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>η</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> production cross-section is determined to be <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${\sigma _{{\eta _{c}} (1S)} = 1.26 \pm 0.11\pm 0.08\pm 0.14 \,\upmu \text {b}}$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>η</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.26</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.11</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.08</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.14</mml:mn><mml:mspace /><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>, where the last uncertainty includes that on the <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${J /\psi }$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> meson cross-section. The ratio of the branching fractions of <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$b $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>-hadron decays to the <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${\eta _{c}} (1S)$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>η</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> and <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${J /\psi }$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> states is measured to be <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${{\mathcal {B}} _{{b} \!\rightarrow {\eta _{c}} X}/{\mathcal {B}} _{{b} \!\rightarrow {{J /\psi }} X} = 0.48 \pm 0.03 \pm 0.03 \pm 0.05}$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mspace /><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mi>η</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mspace /><mml:mo>→</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.48</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.03</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.03</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.05</mml:mn></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>, where the last uncertainty is due to those on the branching fractions of the <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${{J /\psi }} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mspace /><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mover><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> and <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${\eta _{c}} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>η</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mspace /><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mover><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> decays. The difference between the <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${J /\psi }$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> and <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${\eta _{c}} (1S)$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>η</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> masses is also determined to be <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$113.0 \pm 0.7 \pm 0.1 \, \text {MeV} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>113.0</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.7</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mspace /><mml:mtext>MeV</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>, which is the most precise single measurement of this quantity to date.</jats:p>

Item Type: Article
Divisions: Faculty of Science and Engineering > School of Physical Sciences
Depositing User: Symplectic Admin
Date Deposited: 07 Sep 2021 13:46
Last Modified: 18 Jan 2023 21:29
DOI: 10.1140/epjc/s10052-020-7733-0
Open Access URL: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-020-7733-0
Related URLs:
URI: https://livrepository.liverpool.ac.uk/id/eprint/3136222