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Title: Measurement of exclusive $$\mathrm {\Upsilon }$$ photoproduction from protons in $$\mathrm {p}$$Pb collisions at $$\sqrt{\smash [b]{s_{_{\mathrm {NN}}}}} = 5.02\,\text {TeV} $$
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 $$91 more » « less
Award ID(s):
2121686
NSF-PAR ID:
10374326
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
79
Issue:
3
ISSN:
1434-6044
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract This article reports on the inclusive production cross section of several quarkonium states, $$\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$$ s = 2.76 , 7, 8, and 13 TeV is presented and the energy dependence of quarkonium production cross sections is discussed. Finally, the results are compared with the predictions from several production models. 
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  2. Abstract The coherent photoproduction of $$\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 $$ J / ψ coherent photoproduction cross sections was also measured and found to be consistent with the one for photoproduction off protons. 
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  3. null (Ed.)
    A bstract Measurement of Z-boson production in p-Pb collisions at $$ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $$ s NN = 8 . 16 TeV and Pb-Pb collisions at $$ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $$ s NN = 5 . 02 TeV is reported. It is performed in the dimuon decay channel, through the detection of muons with pseudorapidity − 4 < η μ < − 2 . 5 and transverse momentum $$ {p}_{\mathrm{T}}^{\mu } $$ p T μ > 20 GeV/ c in the laboratory frame. The invariant yield and nuclear modification factor are measured for opposite-sign dimuons with invariant mass 60 < m μμ < 120 GeV/ c 2 and rapidity 2 . 5 < $$ {y}_{\mathrm{cms}}^{\mu \mu} $$ y cms μμ < 4. They are presented as a function of rapidity and, for the Pb-Pb collisions, of centrality as well. The results are compared with theoretical calculations, both with and without nuclear modifications to the Parton Distribution Functions (PDFs). In p-Pb collisions the center-of-mass frame is boosted with respect to the laboratory frame, and the measurements cover the backward ( − 4 . 46 < $$ {y}_{\mathrm{cms}}^{\mu \mu} $$ y cms μμ < − 2 . 96) and forward (2 . 03 < $$ {y}_{\mathrm{cms}}^{\mu \mu} $$ y cms μμ < 3 . 53) rapidity regions. For the p-Pb collisions, the results are consistent within experimental and theoretical uncertainties with calculations that include both free-nucleon and nuclear-modified PDFs. For the Pb-Pb collisions, a 3 . 4 σ deviation is seen in the integrated yield between the data and calculations based on the free-nucleon PDFs, while good agreement is found once nuclear modifications are considered. 
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  4. Abstract The transverse-momentum $$(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}}$$ Q CP values are greater than unity and no significant rapidity dependence is observed. 
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  5. null (Ed.)
    Abstract The production of Z boson pairs in proton–proton ( $${\mathrm{p}} {\mathrm{p}} $$ p p ) collisions, $${{\mathrm{p}} {\mathrm{p}} \rightarrow ({\mathrm{Z}}/\gamma ^*)({\mathrm{Z}}/\gamma ^*) \rightarrow 2\ell 2\ell '}$$ p p → ( Z / γ ∗ ) ( Z / γ ∗ ) → 2 ℓ 2 ℓ ′ , where $${\ell ,\ell ' = {\mathrm{e}}}$$ ℓ , ℓ ′ = e or $${{\upmu }}$$ μ , is studied at a center-of-mass energy of 13 $$\,\text {TeV}$$ TeV with the CMS detector at the CERN LHC. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 , collected during 2016–2018. The $${\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} $$ Z Z production cross section, $$\sigma _{\text {tot}} ({\mathrm{p}} {\mathrm{p}} \rightarrow {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} ) = 17.4 \pm 0.3 \,\text {(stat)} \pm 0.5 \,\text {(syst)} \pm 0.4 \,\text {(theo)} \pm 0.3 \,\text {(lumi)} \text { pb} $$ σ tot ( p p → Z Z ) = 17.4 ± 0.3 (stat) ± 0.5 (syst) ± 0.4 (theo) ± 0.3 (lumi) pb , measured for events with two pairs of opposite-sign, same-flavor leptons produced in the mass region $${60< m_{\ell ^+\ell ^-} < 120\,\text {GeV}}$$ 60 < m ℓ + ℓ - < 120 GeV is consistent with standard model predictions. Differential cross sections are also measured and agree with theoretical predictions. The invariant mass distribution of the four-lepton system is used to set limits on anomalous $${\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} $$ Z Z Z and $${{\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} \gamma }$$ Z Z γ couplings. 
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