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Title: Study of $$ {\mathrm{B}}_{\mathrm{c}}^{+} $$ decays to charmonia and three light hadrons
A bstract Using proton-proton collision data, corresponding to an integrated luminosity of 9 fb − 1 collected with the LHCb detector, seven decay modes of the $$ {\mathrm{B}}_{\mathrm{c}}^{+} $$ B c + meson into a J / ψ or ψ(2S) meson and three charged hadrons, kaons or pions, are studied. The decays $$ {\mathrm{B}}_{\mathrm{c}}^{+} $$ B c + → (ψ(2S) → J / ψπ + π − )π + , $$ {\mathrm{B}}_{\mathrm{c}}^{+} $$ B c + → ψ(2S)π + π − π + , $$ {\mathrm{B}}_{\mathrm{c}}^{+} $$ B c + → J / ψK + π − π + and $$ {\mathrm{B}}_{\mathrm{c}}^{+} $$ B c + → J / ψK + K − K + are observed for the first time, and evidence for the $$ {\mathrm{B}}_{\mathrm{c}}^{+} $$ B c + → ψ(2S)K + K − π + , decay is found, where J / ψ and ψ(2S) mesons are reconstructed in their dimuon decay modes. The ratios of branching fractions between the different $$ {\mathrm{B}}_{\mathrm{c}}^{+} $$ B c + decays are reported as well as the fractions of the decays proceeding via intermediate resonances. The results largely support the factorisation approach used for a theoretical description of the studied decays.  more » « less
Award ID(s):
1803004
NSF-PAR ID:
10343910
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2022
Issue:
1
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. 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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  2. A bstract The Cabibbo-suppressed decay $$ {\Lambda}_{\mathrm{b}}^0 $$ Λ b 0 → χ c1 pπ − is observed for the first time using data from proton-proton collisions corresponding to an integrated luminosity of 6 fb − 1 , collected with the LHCb detector at a centre-of-mass energy of 13 TeV. Evidence for the $$ {\Lambda}_{\mathrm{b}}^0 $$ Λ b 0 → χ c2 pπ − decay is also found. Using the $$ {\Lambda}_{\mathrm{b}}^0 $$ Λ b 0 → χ c1 pK − decay as normalisation channel, the ratios of branching fractions are measured to be $$ {\displaystyle \begin{array}{c}\frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}1}{\mathrm{p}\uppi}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}1}{\mathrm{p}\mathrm{K}}^{-}\right)}=\left(6.59\pm 1.01\pm 0.22\right)\times {10}^{-2},\\ {}\frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}2}{\mathrm{p}\uppi}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}1}{\mathrm{p}\uppi}^{-}\right)}=0.95\pm 0.30\pm 0.04\pm 0.04,\\ {}\frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}2}{\mathrm{p}\mathrm{K}}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}1}{\mathrm{p}\mathrm{K}}^{-}\right)}=1.06\pm 0.05\pm 0.04\pm 0.04,\end{array}} $$ B Λ b 0 → χ c 1 pπ − B Λ b 0 → χ c 1 pK − = 6.59 ± 1.01 ± 0.22 × 10 − 2 , B Λ b 0 → χ c 2 pπ − B Λ b 0 → χ c 1 pπ − = 0.95 ± 0.30 ± 0.04 ± 0.04 , B Λ b 0 → χ c 2 pK − B Λ b 0 → χ c 1 pK − = 1.06 ± 0.05 ± 0.04 ± 0.04 , where the first uncertainty is statistical, the second is systematic and the third is due to the uncertainties in the branching fractions of χ c1 , 2 → J / ψγ decays. 
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  3. Abstract The coherent photoproduction of $$\mathrm{J}/\psi $$ J / ψ and $${\uppsi '}$$ ψ ′ mesons was measured in ultra-peripheral Pb–Pb collisions at a center-of-mass energy $$\sqrt{s_{\mathrm {NN}}}~=~5.02$$ s NN = 5.02  TeV  with the ALICE detector. Charmonia are detected in the central rapidity region for events where the hadronic interactions are strongly suppressed. The $$\mathrm{J}/\psi $$ J / ψ is reconstructed using the dilepton ( $$l^{+} l^{-}$$ l + l - ) and proton–antiproton decay channels, while for the $${\uppsi '}$$ ψ ′   the dilepton and the $$l^{+} l^{-} \pi ^{+} \pi ^{-}$$ l + l - π + π - decay channels are studied. The analysis is based on an event sample corresponding to an integrated luminosity of about 233 $$\mu {\mathrm{b}}^{-1}$$ μ b - 1 . The results are compared with theoretical models for coherent $$\mathrm{J}/\psi $$ J / ψ and $${\uppsi '}$$ ψ ′ photoproduction. The coherent cross section is found to be in a good agreement with models incorporating moderate nuclear gluon shadowing of about 0.64 at a Bjorken- x of around $$6\times 10^{-4}$$ 6 × 10 - 4 , such as the EPS09 parametrization, however none of the models is able to fully describe the rapidity dependence of the coherent $$\mathrm{J}/\psi $$ J / ψ cross section including ALICE measurements at forward rapidity. The ratio of $${\uppsi '}$$ ψ ′ to $$\mathrm{J}/\psi $$ J / ψ coherent photoproduction cross sections was also measured and found to be consistent with the one for photoproduction off protons. 
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  4. A<sc>bstract</sc>

    The second-order (v2) and third-order (v3) Fourier coefficients describing the azimuthal anisotropy of prompt and nonprompt (from b-hadron decays) J/ψ, as well as prompt ψ(2S) mesons are measured in lead-lead collisions at a center-of-mass energy per nucleon pair of$$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$sNN= 5.02 TeV. The analysis uses a data set corresponding to an integrated luminosity of 1.61 nb1recorded with the CMS detector. The J/ψ and ψ(2S) mesons are reconstructed using their dimuon decay channel. Thev2andv3coefficients are extracted using the scalar product method and studied as functions of meson transverse momentum and collision centrality. The measuredv2values for prompt J/ψ mesons are found to be larger than those for nonprompt J/ψ mesons. The prompt J/ψv2values at highpTare found to be underpredicted by a model incorporating only parton energy loss effects in a quark-gluon plasma medium. Prompt and nonprompt J/ψ mesonv3and prompt ψ(2S)v2andv3values are also reported for the first time, providing new information about heavy quark interactions in the hot and dense medium created in heavy ion collisions.

     
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  5. 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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