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Title: Measurement of beauty and charm production in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 5.02 TeV via non-prompt and prompt D mesons
A bstract The p T -differential production cross sections of prompt and non-prompt (produced in beauty-hadron decays) D mesons were measured by the ALICE experiment at midrapidity ( | y | < 0 . 5) in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 5 . 02 TeV. The data sample used in the analysis corresponds to an integrated luminosity of (19 . 3 ± 0 . 4) nb − 1 . D mesons were reconstructed from their decays D 0 → K − π + , D + → K − π + π + , and $$ {\mathrm{D}}_{\mathrm{s}}^{+}\to \upphi {\uppi}^{+}\to {\mathrm{K}}^{-}{\mathrm{K}}^{+}{\uppi}^{+} $$ D s + → ϕ π + → K − K + π + and their charge conjugates. Compared to previous measurements in the same rapidity region, the cross sections of prompt D + and $$ {\mathrm{D}}_{\mathrm{s}}^{+} $$ D s + mesons have an extended p T coverage and total uncertainties reduced by a factor ranging from 1.05 to 1.6, depending on p T , allowing for a more precise determination of their p T -integrated cross sections. The results are well described by perturbative QCD calculations. The fragmentation fraction of heavy quarks to strange mesons divided by the one to non-strange mesons, f s / ( f u + f d ), is compatible for charm and beauty quarks and with previous measurements at different centre-of-mass energies and collision systems. The $$ \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $$ b b ¯ production cross section per rapidity unit at midrapidity, estimated from non-prompt D-meson measurements, is $$ \mathrm{d}{\sigma}_{\mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}}/\mathrm{d}y\left|{}_{\left|\mathrm{y}\right|<0.5}=34.5\pm 2.4{\left(\mathrm{stat}\right)}_{-2.9}^{+4.7}\left(\mathrm{tot}.\mathrm{syst}\right)\right. $$ d σ b b ¯ / d y y < 0.5 = 34.5 ± 2.4 stat − 2.9 + 4.7 tot . syst μb. It is compatible with previous measurements at the same centre-of-mass energy and with the cross section pre- dicted by perturbative QCD calculations.  more » « less
Award ID(s):
1719759 2012154 1713894
NSF-PAR ID:
10276030
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2021
Issue:
5
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A bstract The transverse momentum ( p T ) differential cross section of the charm-strange baryon $$ {\Xi}_{\mathrm{c}}^0 $$ Ξ c 0 is measured at midrapidity (| y | < 0.5) via its semileptonic decay into e + Ξ − ν e in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 5 . 02 TeV with the ALICE detector at the LHC. The ratio of the p T -differential $$ {\Xi}_{\mathrm{c}}^0 $$ Ξ c 0 -baryon and D 0 -meson production cross sections is also reported. The measurements are compared with simulations with different tunes of the PYTHIA 8 event generator, with predictions from a statistical hadronisation model (SHM) with a largely augmented set of charm-baryon states beyond the current lists of the Particle Data Group, and with models including hadronisation via quark coalescence. The p T -integrated cross section of prompt $$ {\Xi}_{\mathrm{c}}^0 $$ Ξ c 0 -baryon production at midrapidity is also reported, which is used to calculate the baryon-to-meson ratio $$ {\Xi}_{\mathrm{c}}^0 $$ Ξ c 0 / D 0 = 0 . 20 ± 0 . 04 $$ {\left(\mathrm{stat}.\right)}_{-0.07}^{+0.08} $$ stat . − 0.07 + 0.08 (syst . ). These results provide an additional indication of a modification of the charm fragmentation from e + e − and e − p collisions to pp collisions. 
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  2. A bstract A measurement of inclusive, prompt, and non-prompt J/ ψ production in p-Pb collisions at a nucleon-nucleon centre-of-mass energy $$ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $$ s NN = 5 . 02 TeV is presented. The inclusive J/ ψ mesons are reconstructed in the dielectron decay channel at midrapidity down to a transverse momentum p T = 0. The inclusive J/ ψ nuclear modification factor R pPb is calculated by comparing the new results in p-Pb collisions to a recently measured proton-proton reference at the same centre-of-mass energy. Non-prompt J/ ψ mesons, which originate from the decay of beauty hadrons, are separated from promptly produced J/ ψ on a statistical basis for p T larger than 1.0 GeV/ c . These results are based on the data sample collected by the ALICE detector during the 2016 LHC p-Pb run, corresponding to an integrated luminosity $$ \mathcal{L} $$ L int = 292 ± 11 μ b − 1 , which is six times larger than the previous publications. The total uncertainty on the p T -integrated inclusive J/ ψ and non-prompt J/ ψ cross section are reduced by a factor 1.7 and 2.2, respectively. The measured cross sections and R pPb are compared with theoretical models that include various combinations of cold nuclear matter effects. From the non-prompt J/ ψ production cross section, the $$ \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $$ b b ¯ production cross section at midrapidity, $$ {\mathrm{d}\sigma}_{\mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}} $$ d σ b b ¯ / d y , and the total cross section extrapolated over full phase space, $$ {\sigma}_{\mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}} $$ σ b b ¯ , are derived. 
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  3. Abstract Using a data sample of $$\sqrt{s}=13\,\text {TeV}$$ s = 13 TeV proton-proton collisions collected by the CMS experiment at the LHC in 2017 and 2018 with an integrated luminosity of $$103\text {~fb}^{-1}$$ 103 fb - 1 , the $$\text {B}^{0}_{\mathrm{s}} \rightarrow \uppsi (\text {2S})\text {K}_\mathrm{S}^{0}$$ B s 0 → ψ ( 2S ) K S 0 and $$\text {B}^{0} \rightarrow \uppsi (\text {2S})\text {K}_\mathrm{S}^{0} \uppi ^+\uppi ^-$$ B 0 → ψ ( 2S ) K S 0 π + π - decays are observed with significances exceeding 5 standard deviations. The resulting branching fraction ratios, measured for the first time, correspond to $${\mathcal {B}}(\text {B}^{0}_{\mathrm{s}} \rightarrow \uppsi (\text {2S})K_\mathrm{S}^{0})/{\mathcal {B}}(\text {B}^{0}\rightarrow \uppsi (\text {2S})K_\mathrm{S}^{0}) = (3.33 \pm 0.69 (\text {stat})\, \pm 0.11\,(\text {syst}) \pm 0.34\,(f_{\mathrm{s}}/f_{\mathrm{d}})) \times 10^{-2}$$ B ( B s 0 → ψ ( 2S ) K S 0 ) / B ( B 0 → ψ ( 2S ) K S 0 ) = ( 3.33 ± 0.69 ( stat ) ± 0.11 ( syst ) ± 0.34 ( f s / f d ) ) × 10 - 2 and $${\mathcal {B}}(\text {B}^{0} \rightarrow \uppsi (\text {2S})\text {K}_\mathrm{S}^{0} \uppi ^{+} \uppi ^{-})/ {\mathcal {B}}(\text {B}^{0} \rightarrow \uppsi (\text {2S})\text {K}^{0}_{\mathrm{S}}) = 0.480 \pm 0.013\,(\text {stat}) \pm 0.032\,(\text {syst})$$ B ( B 0 → ψ ( 2S ) K S 0 π + π - ) / B ( B 0 → ψ ( 2S ) K S 0 ) = 0.480 ± 0.013 ( stat ) ± 0.032 ( syst ) , where the last uncertainty in the first ratio is related to the uncertainty in the ratio of production cross sections of $$\hbox {B}^{0}_{\mathrm{s}}$$ B s 0 and $$\hbox {B}^{0}$$ B 0 mesons, $$f_{\mathrm{s}}/f_{\mathrm{d}}$$ f s / f d . 
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  4. Abstract We report on the inclusive $$\text {J}/\psi $$ J / ψ production cross section measured at the CERN Large Hadron Collider in proton–proton collisions at a center-of-mass energy $$\sqrt{s}~=~13$$ s = 13  TeV. The $$\text {J}/\psi $$ J / ψ mesons are reconstructed in the $$\text {e}^{+}\text {e}^{-}$$ e + e - decay channel and the measurements are performed at midrapidity ( $$|y|<0.9$$ | y | < 0.9 ) in the transverse-momentum interval $$0 more » « less
  5. A bstract The production cross-sections of J/ψ mesons in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of $$ \sqrt{s} $$ s = 5 TeV are measured using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 9 . 13 ± 0 . 18 pb − 1 , collected by the LHCb experiment. The cross-sections are measured differentially as a function of transverse momentum, p T , and rapidity, y , and separately for J/ψ mesons produced promptly and from beauty hadron decays (nonprompt). With the assumption of unpolarised J/ψ mesons, the production cross-sections integrated over the kinematic range 0 < p T < 20 GeV/ c and 2 . 0 < y < 4 . 5 are $$ {\displaystyle \begin{array}{c}{\sigma}_{\mathrm{prompt}}\ J/\psi =8.154\pm 0.010\pm 0.283\ \upmu \mathrm{b},\\ {}{\sigma}_{\mathrm{nonprompt}}\ J/\psi =0.820\pm 0.003\pm 0.034\ \upmu \mathrm{b},\end{array}} $$ σ prompt J / ψ = 8.154 ± 0.010 ± 0.283 μb , σ nonprompt J / ψ = 0.820 ± 0.003 ± 0.034 μb , where the first uncertainties are statistical and the second systematic. These cross-sections are compared with those at $$ \sqrt{s} $$ s = 8 TeV and 13 TeV, and are used to update the measurement of the nuclear modification factor in proton-lead collisions for J/ψ mesons at a centre-of-mass energy per nucleon pair of $$ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $$ s NN = 5 TeV. The results are compared with theoretical predictions. 
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