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  • Bottom quark energy loss and hadronization with B+ and $$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0 $$ nuclear modification factors using pp and PbPb collisions at $$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ = 5.02 TeV

This content will become publicly available on February 1, 2026

Title: Bottom quark energy loss and hadronization with B+ and $$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0 $$ nuclear modification factors using pp and PbPb collisions at $$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ = 5.02 TeV
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.  more » « less
Award ID(s):
2412692
PAR ID:
10598970
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:
2025
Issue:
2
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 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. 
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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 of strange hadrons ($$ {\textrm{K}}_{\textrm{S}}^0 $$ K S 0 , Λ, Ξ±, and Ω±), baryon-to-meson ratios (Λ/$$ {\textrm{K}}_{\textrm{S}}^0 $$ K S 0 , Ξ/$$ {\textrm{K}}_{\textrm{S}}^0 $$ K S 0 , and Ω/$$ {\textrm{K}}_{\textrm{S}}^0 $$ K S 0 ), and baryon-to-baryon ratios (Ξ/Λ, Ω/Λ, and Ω/Ξ) associated with jets and the underlying event were measured as a function of transverse momentum (pT) in pp collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV and p Pb collisions at$$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ s NN = 5.02 TeV with the ALICE detector at the LHC. The inclusive production of the same particle species and the corresponding ratios are also reported. The production of multi-strange hadrons, Ξ±and Ω±, and their associated particle ratios in jets and in the underlying event are measured for the first time. In both pp and p–Pb collisions, the baryon-to-meson and baryon-to-baryon yield ratios measured in jets differ from the inclusive particle production for low and intermediate hadronpT(0.6–6 GeV/c). Ratios measured in the underlying event are in turn similar to those measured for inclusive particle production. In pp collisions, the particle production in jets is compared with Pythia8 predictions with three colour-reconnection implementation modes. None of them fully reproduces the data in the measured hadronpTregion. The maximum deviation is observed for Ξ±and Ω±which reaches a factor of about six. The event multiplicity dependence is further investigated in p−Pb collisions. In contrast to what is observed in the underlying event, there is no significant event-multiplicity dependence for particle production in jets. The presented measurements provide novel constraints on hadronisation and its Monte Carlo description. In particular, they demonstrate that the fragmentation of jets alone is insufficient to describe the strange and multi-strange particle production in hadronic collisions at LHC energies. 
    more » « less
  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The effective lifetime of the$$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0 $$ B s 0 meson in the decay$$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0\to \textrm{J}/{\uppsi \textrm{K}}_{\textrm{S}}^0 $$ B s 0 → J / ψK S 0 is measured using data collected during 2016–2018 with the CMS detector in$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV proton-proton collisions at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 140 fb−1. The effective lifetime is determined by performing a two-dimensional unbinned maximum likelihood fit to the$$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0 $$ B s 0 meson invariant mass and proper decay time distributions. The resulting value of 1.59 ± 0.07(stat) ± 0.03(syst) ps is the most precise measurement to date and is in good agreement with the expected value. 
    more » « less
  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> ThepT-differential production cross sections of non-prompt D0, D+, and$$ {\textrm{D}}_{\textrm{s}}^{+} $$ D s + mesons originating from beauty-hadron decays are measured in proton–proton collisions at a centre-of-mass energy$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV. The measurements are performed at midrapidity, |y|<0.5, with the data sample collected by ALICE from 2016 to 2018. The results are in agreement with predictions from several perturbative QCD calculations. The fragmentation fraction of beauty quarks to strange mesons divided by the one to non-strange mesons,fs/(fu+fd), is found to be 0.114 ± 0.016 (stat.) ± 0.006 (syst.) ± 0.003 (BR) ± 0.003 (extrap.). This value is compatible with previous measurements at lower centre-of-mass energies and in different collision systems in agreement with the assumption of universality of fragmentation functions. In addition, the dependence of the non-prompt D meson production on the centre-of-mass energy is investigated by comparing the results obtained at$$ \sqrt{s} $$ s = 5.02 and 13 TeV, showing a hardening of the non-prompt D-mesonpT-differential production cross section at higher$$ \sqrt{s} $$ s . Finally, the$$ \textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ b b ¯ production cross section per unit of rapidity at midrapidity is calculated from the non-prompt D0, D+,$$ {\textrm{D}}_{\textrm{s}}^{+} $$ D s + , and$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + hadron measurements, obtaining$$ \textrm{d}\sigma /\textrm{d}y=75.2\pm 3.2\left(\textrm{stat}.\right)\pm 5.2{\left(\textrm{syst}.\right)}_{-3.2}^{+12.3}\left(\textrm{extrap}.\right) $$ d σ / d y = 75.2 ± 3.2 stat . ± 5.2 syst . − 3.2 + 12.3 extrap . μb. 
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