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  • Study of charm hadronization with prompt $$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ baryons in proton-proton and lead-lead collisions at $$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ = 5.02 TeV
Title: Study of charm hadronization with prompt $$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ baryons in proton-proton and lead-lead collisions at $$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ = 5.02 TeV
A<sc>bstract</sc> The production of prompt$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + baryons is measured via the exclusive decay channel$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+}\to p{\textrm{K}}^{-}{\pi}^{+} $$ Λ c + → p K − π + at a center-of-mass energy per nucleon pair of 5.02 TeV, using proton-proton (pp) and lead-lead (PbPb) collision data collected by the CMS experiment at the CERN LHC. The pp and PbPb data were obtained in 2017 and 2018 with integrated luminosities of 252 and 0.607 nb−1, respectively. The measurements are performed within the$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + rapidity interval |y|<1 with transverse momentum (pT) ranges of 3–30 and 6–40 GeV/cfor pp and PbPb collisions, respectively. Compared to the yields in pp collisions scaled by the expected number of nucleon-nucleon interactions, the observed yields of$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + withpT>10 GeV/care strongly suppressed in PbPb collisions. The level of suppression depends significantly on the collision centrality. The$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + /D0production ratio is similar in PbPb and pp collisions atpT>10 GeV/c, suggesting that the coalescence process does not play a dominant role in prompt$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + baryon production at higherpT.  more » « less
Award ID(s):
1913624 2121686
PAR ID:
10546191
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Journal of High Energy Physics
Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2024
Issue:
1
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
More Like this
  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The production cross sections of$$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0 $$ B s 0 and B+mesons are reported in proton-proton (pp) collisions recorded by the CMS experiment at the CERN LHC with a center-of-mass energy of 5.02 TeV. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 302 pb−1. The cross sections are based on measurements of the$$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0 $$ B s 0 →J/ψ(μ+μ−)ϕ(1020)(K+K−) and B+→J/ψ(μ+μ−)K+decay channels. Results are presented in the transverse momentum (pT) range 7–50 GeV/cand the rapidity interval |y|<2.4 for the B mesons. The measuredpT-differential cross sections of B+and$$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0 $$ B s 0 in pp collisions are well described by fixed-order plus next-to-leading logarithm perturbative quantum chromodynamics calculations. Using previous PbPb collision measurements at the same nucleon-nucleon center-of-mass energy, the nuclear modification factors,RAA, of the B mesons are determined. ForpT>10 GeV/c, both mesons are found to be suppressed in PbPb collisions (withRAAvalues significantly below unity), with less suppression observed for the$$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0 $$ B s 0 mesons. In thispTrange, theRAAvalues for the B+mesons are consistent with those for inclusive charged hadrons and D0mesons. Below 10 GeV/c, both B+and$$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0 $$ B s 0 are found to be less suppressed than either inclusive charged hadrons or D0mesons, with the$$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0 $$ B s 0 RAAvalue consistent with unity. TheRAAvalues found for the B+and$$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0 $$ B s 0 are compared to theoretical calculations, providing constraints on the mechanism of bottom quark energy loss and hadronization in the quark-gluon plasma, the hot and dense matter created in ultrarelativistic heavy ion collisions. 
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  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> Measurements of the production cross sections of prompt D0, D+, D*+,$$ {\textrm{D}}_{\textrm{s}}^{+} $$ D s + ,$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + , and$$ {\Xi}_{\textrm{c}}^{+} $$ Ξ c + charm hadrons at midrapidity in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV with the ALICE detector are presented. The D-meson cross sections as a function of transverse momentum (pT) are provided with improved precision and granularity. The ratios ofpT-differential meson production cross sections based on this publication and on measurements at different rapidity and collision energy provide a constraint on gluon parton distribution functions at low values of Bjorken-x(10−5–10−4). The measurements of$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + ($$ {\Xi}_{\textrm{c}}^{+} $$ Ξ c + ) baryon production extend the measuredpTintervals down topT= 0(3) GeV/c. These measurements are used to determine the charm-quark fragmentation fractions and the$$ \textrm{c}\overline{\textrm{c}} $$ c c ¯ production cross section at midrapidity (|y|<0.5) based on the sum of the cross sections of the weakly-decaying ground-state charm hadrons D0, D+,$$ {\textrm{D}}_{\textrm{s}}^{+} $$ D s + ,$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + ,$$ {\Xi}_{\textrm{c}}^0 $$ Ξ c 0 and, for the first time,$$ {\Xi}_{\textrm{c}}^{+} $$ Ξ c + , and of the strongly-decaying J/ψmesons. The first measurements of$$ {\Xi}_{\textrm{c}}^{+} $$ Ξ c + and$$ {\Sigma}_{\textrm{c}}^{0,++} $$ Σ c 0 , + + fragmentation fractions at midrapidity are also reported. A significantly larger fraction of charm quarks hadronising to baryons is found compared to e+e−and ep collisions. The$$ \textrm{c}\overline{\textrm{c}} $$ c c ¯ production cross section at midrapidity is found to be at the upper bound of state-of-the-art perturbative QCD calculations. 
    more » « less
  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The production cross sections of D0, D+, and$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + hadrons originating from beauty-hadron decays (i.e. non-prompt) were measured for the first time at midrapidity in proton–lead (p–Pb) collisions at the center-of-mass energy per nucleon pair of$$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ s NN = 5.02 TeV. Nuclear modification factors (RpPb) of non-prompt D0, D+, and$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + are calculated as a function of the transverse momentum (pT) to investigate the modification of the momentum spectra measured in p–Pb collisions with respect to those measured in proton–proton (pp) collisions at the same energy. TheRpPbmeasurements are compatible with unity and with the measurements in the prompt charm sector, and do not show a significantpTdependence. ThepT-integrated cross sections andpT-integratedRpPbof non-prompt D0and D+mesons are also computed by extrapolating the visible cross sections down topT= 0. The non-prompt D-mesonRpPbintegrated overpTis compatible with unity and with model calculations implementing modification of the parton distribution functions of nucleons bound in nuclei with respect to free nucleons. The non-prompt$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + /D0and D+/D0production ratios are computed to investigate hadronisation mechanisms of beauty quarks into mesons and baryons. The measured ratios as a function ofpTdisplay a similar trend to that measured for charm hadrons in the same collision system. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, The European Physical Journal C)
    Abstract The transverse momentum ($$p_{\textrm{T}}$$ p T ) differential production cross section of the promptly produced charm-strange baryon$$\mathrm {\Xi _{c}^{0}}$$ Ξ c 0 (and its charge conjugate$$\overline{\mathrm {\Xi _{c}^{0}}}$$ Ξ c 0 ¯ ) is measured at midrapidity via its hadronic decay into$$\mathrm{\pi ^{+}}\Xi ^{-}$$ π + Ξ - in p–Pb collisions at a centre-of-mass energy per nucleon–nucleon collision$$\sqrt{s_{\textrm{NN}}}~=~5.02$$ s NN = 5.02  TeV with the ALICE detector at the LHC. The$$\mathrm {\Xi _{c}^{0}}$$ Ξ c 0 nuclear modification factor ($$R_{\textrm{pPb}}$$ R pPb ), calculated from the cross sections in pp and p–Pb collisions, is presented and compared with the$$R_{\textrm{pPb}}$$ R pPb of$$\mathrm {\Lambda _{c}^{+}}$$ Λ c + baryons. The ratios between the$$p_{\textrm{T}}$$ p T -differential production cross section of$$\mathrm {\Xi _{c}^{0}}$$ Ξ c 0 baryons and those of$$\mathrm {D^0}$$ D 0 mesons and$$\mathrm {\Lambda _{c}^{+}}$$ Λ c + baryons are also reported and compared with results at forward and backward rapidity from the LHCb Collaboration. The measurements of the production cross section of prompt$$\Xi ^0_\textrm{c}$$ Ξ c 0 baryons are compared with a model based on perturbative QCD calculations of charm-quark production cross sections, which includes only cold nuclear matter effects in p–Pb collisions, and underestimates the measurement by a factor of about 50. This discrepancy is reduced when the data is compared with a model that includes string formation beyond leading-colour approximation or in which hadronisation is implemented via quark coalescence. The$$p_{\textrm{T}}$$ p T -integrated cross section of prompt$$\Xi ^0_\textrm{c}$$ Ξ c 0 -baryon production at midrapidity extrapolated down to$$p_{\textrm{T}}$$ p T = 0 is also reported. These measurements offer insights and constraints for theoretical calculations of the hadronisation process. Additionally, they provide inputs for the calculation of the charm production cross section in p–Pb collisions at midrapidity. 
    more » « less
  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The collective behavior of$$ {\textrm{K}}_{\textrm{S}}^0 $$ K S 0 and$$ \Lambda /\overline{\Lambda} $$ Λ / Λ ¯ strange hadrons is studied by measuring the elliptic azimuthal anisotropy (v2) using the scalar-product and multiparticle correlation methods. Proton-lead (pPb) collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy$$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ s NN = 8.16 TeV and lead-lead (PbPb) collisions at$$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ s NN = 5.02 TeV collected by the CMS experiment at the LHC are investigated. Nonflow effects in the pPb collisions are studied by using a subevent cumulant analysis and by excluding events where a jet with transverse momentum greater than 20 GeV is present. The strange hadronv2values extracted in pPb collisions via the four- and six-particle correlation method are found to be nearly identical, suggesting the collective behavior. Comparisons of the pPb and PbPb results for both strange hadrons and charged particles illustrate how event-by-event flow fluctuations depend on the system size. 
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