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Title: Energy dependence of $$\phi $$ meson production at forward rapidity in pp collisions at the LHC
Abstract The production of $$\phi $$ ϕ mesons has been studied in pp collisions at LHC energies with the ALICE detector via the dimuon decay channel in the rapidity region $$2.5< y < 4$$ 2.5 < y < 4 . Measurements of the differential cross section $$\mathrm{d}^2\sigma /\mathrm{d}y \mathrm{d}p_{\mathrm {T}}$$ d 2 σ / d y d p T are presented as a function of the transverse momentum ( $$p_{\mathrm {T}}$$ p T ) at the center-of-mass energies $$\sqrt{s}=5.02$$ s = 5.02 , 8 and 13 TeV and compared with the ALICE results at midrapidity. The differential cross sections at $$\sqrt{s}=5.02$$ s = 5.02 and 13 TeV are also studied in several rapidity intervals as a function of $$p_{\mathrm {T}}$$ p T , and as a function of rapidity in three $$p_{\mathrm {T}}$$ p T intervals. A hardening of the $$p_{\mathrm {T}}$$ p T -differential cross section with the collision energy is observed, while, for a given energy, $$p_{\mathrm {T}}$$ p T spectra soften with increasing rapidity and, conversely, rapidity distributions get slightly narrower at increasing $$p_{\mathrm {T}}$$ p T . The new results, complementing the published measurements at $$\sqrt{s}=2.76$$ s = 2.76 and 7 TeV, allow one to establish the energy dependence of $$\phi $$ ϕ meson production and to compare the measured cross sections with phenomenological models. None of the considered models manages to describe the evolution of the cross section with $$p_{\mathrm {T}}$$ p T and rapidity at all the energies.  more » « less
Award ID(s):
1713894 1719759
NSF-PAR ID:
10313940
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
81
Issue:
8
ISSN:
1434-6044
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract This article reports on the inclusive production cross section of several quarkonium states, $$\textrm{J}/\psi $$ J / ψ , $$\psi \mathrm{(2S)}$$ ψ ( 2 S ) , $$\Upsilon \mathrm (1S)$$ Υ ( 1 S ) , $$\Upsilon \mathrm{(2S)}$$ Υ ( 2 S ) , and $$\Upsilon \mathrm{(3S)}$$ Υ ( 3 S ) , measured with the ALICE detector at the LHC, in pp collisions at $$\sqrt{s} = 5.02$$ s = 5.02  TeV. The analysis is performed in the dimuon decay channel at forward rapidity ( $$2.5< y < 4$$ 2.5 < y < 4 ). The integrated cross sections and transverse-momentum ( $$p_{\textrm{T}}$$ p T ) and rapidity ( $$y$$ y ) differential cross sections for $$\textrm{J}/\psi $$ J / ψ , $$\psi \mathrm{(2S)}$$ ψ ( 2 S ) , $$\Upsilon \mathrm (1S)$$ Υ ( 1 S ) , and the $$\psi \mathrm{(2S)}$$ ψ ( 2 S ) -to- $$\textrm{J}/\psi $$ J / ψ cross section ratios are presented. The integrated cross sections, assuming unpolarized quarkonia, are: $$\sigma _{\textrm{J}/\psi }$$ σ J / ψ  ( $$p_{\textrm{T}} <20$$ p T < 20  GeV/c) = 5.88 ± 0.03 ± 0.34 $$ ~\mu $$ μ b, $$\sigma _{\psi \mathrm{(2S)}}$$ σ ψ ( 2 S )  ( $$p_{\textrm{T}} <12$$ p T < 12  GeV/c) = 0.87 ± 0.06 ± 0.10 $$~\mu $$ μ b, $$\sigma _{\Upsilon \mathrm (1S)}$$ σ Υ ( 1 S )  ( $$p_{\textrm{T}} <15$$ p T < 15  GeV/c) = 45.5 ± 3.9 ± 3.5 nb, $$\sigma _{\Upsilon \mathrm{(2S)}}$$ σ Υ ( 2 S )  ( $$p_{\textrm{T}} <15$$ p T < 15  GeV/c) = 22.4 ± 3.2 ± 2.7 nb, and $$\sigma _{\Upsilon \mathrm{(3S)}}$$ σ Υ ( 3 S )  ( $$p_{\textrm{T}} <15$$ p T < 15  GeV/c) = 4.9 ± 2.2 ± 1.0 nb, where the first (second) uncertainty is the statistical (systematic) one. For the first time, the cross sections of the three $$\Upsilon $$ Υ states, as well as the $$\psi \mathrm{(2S)}$$ ψ ( 2 S ) one as a function of $$p_{\textrm{T}}$$ p T and $$y$$ y , are measured at $$\sqrt{s} = 5.02$$ s = 5.02  TeV at forward rapidity. These measurements also significantly extend the $$\textrm{J}/\psi $$ J / ψ $$p_{\textrm{T}}$$ p T reach and supersede previously published results. A comparison with ALICE measurements in pp collisions at $$\sqrt{s} = 2.76$$ s = 2.76 , 7, 8, and 13 TeV is presented and the energy dependence of quarkonium production cross sections is discussed. Finally, the results are compared with the predictions from several production models. 
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  2. Abstract The transverse-momentum $$(p_{\textrm{T}})$$ ( p T ) spectra of K $$^{*}(892)^{0}~$$ ∗ ( 892 ) 0 and $$\mathrm {\phi (1020)}~$$ ϕ ( 1020 ) measured with the ALICE detector up to $$p_{\textrm{T}} $$ p T  = 16 GeV/ c in the rapidity range $$-1.2< y < 0.3,$$ - 1.2 < y < 0.3 , in p–Pb collisions at the center-of-mass energy per nucleon–nucleon collision $$\sqrt{s_{\textrm{NN}}} = 5.02$$ s NN = 5.02  TeV are presented as a function of charged particle multiplicity and rapidity. The measured $$p_{\textrm{T}} $$ p T distributions show a dependence on both multiplicity and rapidity at low $$p_{\textrm{T}} $$ p T whereas no significant dependence is observed at high $$p_{\textrm{T}} $$ p T . A rapidity dependence is observed in the $$p_{\textrm{T}} $$ p T -integrated yield (d N /d y ), whereas the mean transverse momentum $$\left( \langle p_{\textrm{T}} \rangle \right) $$ ⟨ p T ⟩ shows a flat behavior as a function of rapidity. The rapidity asymmetry ( $$Y_{\textrm{asym}}$$ Y asym ) at low $$p_{\textrm{T}} $$ p T (< 5 GeV/ c ) is more significant for higher multiplicity classes. At high $$p_{\textrm{T}} $$ p T , no significant rapidity asymmetry is observed in any of the multiplicity classes. Both K $$^{*}(892)^{0}~$$ ∗ ( 892 ) 0 and $$\mathrm {\phi (1020)}~$$ ϕ ( 1020 ) show similar $$Y_{\textrm{asym}}$$ Y asym . The nuclear modification factor $$(Q_{\textrm{CP}})$$ ( Q CP ) as a function of $$p_{\textrm{T}} $$ p T shows a Cronin-like enhancement at intermediate $$p_{\textrm{T}} $$ p T , which is more prominent at higher rapidities (Pb-going direction) and in higher multiplicity classes. At high $$p_{\textrm{T}}$$ p T (> 5 GeV/ $$c$$ c ), the $$Q_{\textrm{CP}}$$ Q CP values are greater than unity and no significant rapidity dependence is observed. 
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  3. null (Ed.)
    Abstract The production of $$\pi ^{\pm }$$ π ± , $$\mathrm{K}^{\pm }$$ K ± , $$\mathrm{K}^{0}_{S}$$ K S 0 , $$\mathrm{K}^{*}(892)^{0}$$ K ∗ ( 892 ) 0 , $$\mathrm{p}$$ p , $$\phi (1020)$$ ϕ ( 1020 ) , $$\Lambda $$ Λ , $$\Xi ^{-}$$ Ξ - , $$\Omega ^{-}$$ Ω - , and their antiparticles was measured in inelastic proton–proton (pp) collisions at a center-of-mass energy of $$\sqrt{s}$$ s = 13 TeV at midrapidity ( $$|y|<0.5$$ | y | < 0.5 ) as a function of transverse momentum ( $$p_{\mathrm{T}}$$ p T ) using the ALICE detector at the CERN LHC. Furthermore, the single-particle $$p_{\mathrm{T}}$$ p T distributions of $$\mathrm{K}^{0}_{S}$$ K S 0 , $$\Lambda $$ Λ , and $$\overline{\Lambda }$$ Λ ¯ in inelastic pp collisions at $$\sqrt{s} = 7$$ s = 7  TeV are reported here for the first time. The $$p_{\mathrm{T}}$$ p T distributions are studied at midrapidity within the transverse momentum range $$0\le p_{\mathrm{T}}\le 20$$ 0 ≤ p T ≤ 20 GeV/ c , depending on the particle species. The $$p_{\mathrm{T}}$$ p T spectra, integrated yields, and particle yield ratios are discussed as a function of collision energy and compared with measurements at lower $$\sqrt{s}$$ s and with results from various general-purpose QCD-inspired Monte Carlo models. A hardening of the spectra at high $$p_{\mathrm{T}}$$ p T with increasing collision energy is observed, which is similar for all particle species under study. The transverse mass and $$x_{\mathrm{T}}\equiv 2p_{\mathrm{T}}/\sqrt{s}$$ x T ≡ 2 p T / s scaling properties of hadron production are also studied. As the collision energy increases from $$\sqrt{s}$$ s = 7–13 TeV, the yields of non- and single-strange hadrons normalized to the pion yields remain approximately constant as a function of $$\sqrt{s}$$ s , while ratios for multi-strange hadrons indicate enhancements. The $$p_\mathrm{{T}}$$ p T -differential cross sections of $$\pi ^{\pm }$$ π ± , $$\mathrm {K}^{\pm }$$ K ± and $$\mathrm {p}$$ p ( $$\overline{\mathrm{p}}$$ p ¯ ) are compared with next-to-leading order perturbative QCD calculations, which are found to overestimate the cross sections for $$\pi ^{\pm }$$ π ± and $$\mathrm{p}$$ p ( $$\overline{\mathrm{p}}$$ p ¯ ) at high $$p_\mathrm{{T}}$$ p T . 
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  4. null (Ed.)
    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. 
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  5. Abstract The exclusive photoproduction of $$\mathrm {\Upsilon }\mathrm {(nS)} $$ Υ ( nS ) meson states from protons, $$\gamma \mathrm {p} \rightarrow \mathrm {\Upsilon }\mathrm {(nS)} \,\mathrm {p}$$ γ p → Υ ( nS ) p (with $$\mathrm {n}=1,2,3$$ n = 1 , 2 , 3 ), is studied in ultraperipheral $$\mathrm {p}$$ p Pb collisions at a centre-of-mass energy per nucleon pair of $$\sqrt{\smash [b]{s_{_{\mathrm {NN}}}}} = 5.02\,\text {TeV} $$ s NN = 5.02 TeV . The measurement is performed using the $$\mathrm {\Upsilon }\mathrm {(nS)} \rightarrow \mu ^+\mu ^-$$ Υ ( nS ) → μ + μ - decay mode, with data collected by the CMS experiment corresponding to an integrated luminosity of 32.6 $$\,\text {nb}^{-1}$$ nb - 1 . Differential cross sections as functions of the $$\mathrm {\Upsilon }\mathrm {(nS)} $$ Υ ( nS ) transverse momentum squared $$p_{\mathrm {T}} ^2$$ p T 2 , and rapidity y , are presented. The $$\mathrm {\Upsilon (1S)}$$ Υ ( 1 S ) photoproduction cross section is extracted in the rapidity range $$|y |< 2.2$$ | y | < 2.2 , which corresponds to photon–proton centre-of-mass energies in the range $$91 more » « less