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Title: Inclusive quarkonium production in pp collisions at $$\sqrt{s}$$ = 5.02 TeV
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.  more » « less
Award ID(s):
2208883 1719759 2012154
NSF-PAR ID:
10422494
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
83
Issue:
1
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. 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 $$91 more » « less
  2. A bstract The production cross-sections of J/ψ mesons in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of $$ \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}}} $$ s NN = 5 TeV. The results are compared with theoretical predictions. 
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  3. Abstract We report on the inclusive $$\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
  4. 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. 
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  5. null (Ed.)
    A bstract The inclusive production of the J/ ψ and ψ (2S) charmonium states is studied as a function of centrality in p-Pb collisions at a centre-of-mass energy per nucleon pair $$ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $$ s NN = 8 . 16 TeV at the LHC. The measurement is performed in the dimuon decay channel with the ALICE apparatus in the centre-of-mass rapidity intervals − 4 . 46 < y cms < − 2 . 96 (Pb-going direction) and 2 . 03 < y cms < 3 . 53 (p-going direction), down to zero transverse momentum ( p T ). The J/ ψ and ψ (2S) production cross sections are evaluated as a function of the collision centrality, estimated through the energy deposited in the zero degree calorimeter located in the Pb-going direction. The p T -differential J/ ψ production cross section is measured at backward and forward rapidity for several centrality classes, together with the corresponding average 〈 p T 〉 and $$ \left\langle {p}_{\mathrm{T}}^2\right\rangle $$ p T 2 values. The nuclear effects affecting the production of both charmonium states are studied using the nuclear modification factor. In the p-going direction, a suppression of the production of both charmonium states is observed, which seems to increase from peripheral to central collisions. In the Pb-going direction, however, the centrality dependence is different for the two states: the nuclear modification factor of the J/ ψ increases from below unity in peripheral collisions to above unity in central collisions, while for the ψ (2S) it stays below or consistent with unity for all centralities with no significant centrality dependence. The results are compared with measurements in p-Pb collisions at $$ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $$ s NN = 5 . 02 TeV and no significant dependence on the energy of the collision is observed. Finally, the results are compared with theoretical models implementing various nuclear matter effects. 
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