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This content will become publicly available on July 1, 2025

Title: Observation of the ϒ(3S) Meson and Suppression of ϒ States in Pb-Pb Collisions at sNN=5.02  TeV
The production of ϒ ( 2 S ) and ϒ ( 3 S ) mesons in lead-lead (Pb-Pb) and proton-proton ( p p ) collisions is studied in their dimuon decay channel using the CMS detector at the LHC. The ϒ ( 3 S ) meson is observed for the first time in Pb-Pb collisions, with a significance above 5 standard deviations. The ratios of yields measured in Pb-Pb and p p collisions are reported for both the ϒ ( 2 S ) and ϒ ( 3 S ) mesons, as functions of transverse momentum and Pb-Pb collision centrality. These ratios, when appropriately scaled, are significantly less than unity, indicating a suppression of ϒ yields in Pb-Pb collisions. This suppression increases from peripheral to central Pb-Pb collisions. Furthermore, the suppression is stronger for ϒ ( 3 S ) mesons compared to ϒ ( 2 S ) mesons, extending the pattern of sequential suppression of quarkonium states in nuclear collisions previously seen for the J / ψ , ψ ( 2 S ) , ϒ ( 1 S ) , and ϒ ( 2 S ) mesons. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10549908
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
American Physical Society
Date Published:
Journal Name:
Physical Review Letters
Volume:
133
Issue:
2
ISSN:
0031-9007
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. The first observation of the concurrent production of two J / ψ mesons in proton-nucleus collisions is presented. The analysis is based on a proton-lead ( p Pb ) data sample recorded at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of 8.16 TeV by the CMS experiment at the CERN LHC and corresponding to an integrated luminosity of 174.6 nb 1 . The two J / ψ mesons are reconstructed in their μ + μ decay channels with transverse momenta p T > 6.5 GeV and rapidity | y | < 2.4 . Events where one of the J / ψ mesons is reconstructed in the dielectron channel are also considered in the search. The p Pb J / ψ J / ψ + X process is observed with a significance of 5.3 standard deviations. The measured inclusive fiducial cross section, using the four-muon channel alone, is σ ( p Pb J / ψ J / ψ + X ) = 22.0 ± 8.9 ( stat ) ± 1.5 ( syst ) nb . A fit of the data to the expected rapidity separation for pairs of J / ψ mesons produced in single (SPS) and double (DPS) parton scatterings yields σ SPS p Pb J / ψ J / ψ + X = 16.5 ± 10.8 ( stat ) ± 0.1 ( syst ) nb and σ DPS p Pb J / ψ J / ψ + X = 5.4 ± 6.2 ( stat ) ± 0.4 ( syst ) nb , respectively. This latter result can be transformed into a lower bound on the effective DPS cross section, closely related to the squared average interparton transverse separation in the collision, of σ eff > 1.0 mb at 95% confidence level. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
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  2. The first observation of the decay Ξ b ψ ( 2 S ) Ξ and measurement of the branching ratio of Ξ b ψ ( 2 S ) Ξ to Ξ b J / ψ Ξ are presented. The J / ψ and ψ ( 2 S ) mesons are reconstructed using their dimuon decay modes. The results are based on proton-proton colliding beam data from the LHC collected by the CMS experiment at s = 13 TeV in 2016–2018, corresponding to an integrated luminosity of 140 fb 1 . The branching fraction ratio is measured to be B ( Ξ b ψ ( 2 S ) Ξ ) / B ( Ξ b J / ψ Ξ ) = 0.8 4 0.19 + 0.21 ( stat ) ± 0.10 ( syst ) ± 0.02 ( B ) , where the last uncertainty comes from the uncertainties in the branching fractions of the charmonium states. New measurements of the Ξ b ( 5945 ) 0 baryon mass and natural width are also presented, using the Ξ b π + final state, where the Ξ b baryon is reconstructed through the decays J / ψ Ξ , ψ ( 2 S ) Ξ , J / ψ Λ K , and J / ψ Σ 0 K . Finally, the fraction of Ξ b baryons produced from Ξ b ( 5945 ) 0 decays is determined. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
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  3. The production of the ψ ( 2 S ) charmonium state was measured with ALICE in Pb-Pb collisions at s NN = 5.02 TeV , in the dimuon decay channel. A significant signal was observed for the first time at LHC energies down to zero transverse momentum, at forward rapidity ( 2.5 < y < 4 ). The measurement of the ratio of the inclusive production cross sections of the ψ ( 2 S ) and J / ψ resonances is reported as a function of the centrality of the collisions and of transverse momentum, in the region p T < 12 GeV / c . The results are compared with the corresponding measurements in p p collisions, by forming the double ratio [ σ ψ ( 2 S ) / σ J / ψ ] Pb Pb / [ σ ψ ( 2 S ) / σ J / ψ ] p p . It is found that in Pb-Pb collisions the ψ ( 2 S ) is suppressed by a factor of 2 with respect to the J / ψ . The ψ ( 2 S ) nuclear modification factor R AA was also obtained as a function of both centrality and p T . The results show that the ψ ( 2 S ) resonance yield is strongly suppressed in Pb-Pb collisions, by a factor of up to 3 with respect to p p . Comparisons of cross section ratios with previous Super Proton Synchrotron findings by the NA50 experiment and of R AA with higher- p T results at LHC energy are also reported. These results and the corresponding comparisons with calculations of transport and statistical models address questions on the presence and properties of charmonium states in the quark-gluon plasma formed in nuclear collisions at the LHC. © 2024 CERN, for the ALICE Collaboration2024CERN 
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  4. We search for the rare decay B + K + ν ν ¯ in a 362 fb 1 sample of electron-positron collisions at the ϒ ( 4 S ) resonance collected with the Belle II detector at the SuperKEKB collider. We use the inclusive properties of the accompanying B meson in ϒ ( 4 S ) B B ¯ events to suppress background from other decays of the signal B candidate and light-quark pair production. We validate the measurement with an auxiliary analysis based on a conventional hadronic reconstruction of the accompanying B meson. For background suppression, we exploit distinct signal features using machine learning methods tuned with simulated data. The signal-reconstruction efficiency and background suppression are validated through various control channels. The branching fraction is extracted in a maximum likelihood fit. Our inclusive and hadronic analyses yield consistent results for the B + K + ν ν ¯ branching fraction of [ 2.7 ± 0.5 ( stat ) ± 0.5 ( syst ) ] × 10 5 and [ 1.1 0.8 + 0.9 ( stat ) 0.5 + 0.8 ( syst ) ] × 10 5 , respectively. Combining the results, we determine the branching fraction of the decay B + K + ν ν ¯ to be [ 2.3 ± 0.5 ( stat ) 0.4 + 0.5 ( syst ) ] × 10 5 , providing the first evidence for this decay at 3.5 standard deviations. The combined result is 2.7 standard deviations above the standard model expectation. Published by the American Physical Society2024 
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  5. We report a measurement of decay-time-dependent charge-parity ( C P ) asymmetries in B 0 K S 0 K S 0 K S 0 decays. We use 387 × 10 6 B B ¯ pairs collected at the ϒ ( 4 S ) resonance with the Belle II detector at the SuperKEKB asymmetric-energy electron-positron collider. We reconstruct 220 signal events and extract the C P -violating parameters S and C from a fit to the distribution of the decay-time difference between the two B mesons. The resulting confidence region is consistent with previous measurements in B 0 K S 0 K S 0 K S 0 and B 0 ( c c ¯ ) K 0 decays and with predictions based on the standard model. Published by the American Physical Society2024 
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