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Title: Measurement of the production cross section of prompt $$\Xi ^0_{\textrm{c}}$$ baryons in p–Pb collisions at $$\sqrt{s_{{\textrm{NN}}}}=5.02$$ TeV
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
Award ID(s):
2208883 2012154
PAR ID:
10599245
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
85
Issue:
1
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
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National Science Foundation
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  1. Abstract The total charm-quark production cross section per unit of rapidity$$\textrm{d}\sigma ({{\textrm{c}}\overline{\textrm{c}}})/\textrm{d}y$$ d σ ( c c ¯ ) / d y , and the fragmentation fractions of charm quarks to different charm-hadron species$$f(\textrm{c}\rightarrow {\textrm{h}}_{\textrm{c}})$$ f ( c h c ) , are measured for the first time in p–Pb collisions at$$\sqrt{s_\textrm{NN}} = 5.02~\text {Te}\hspace{-1.00006pt}\textrm{V} $$ s NN = 5.02 Te V at midrapidity ($$-0.96<0.04$$ - 0.96 < y < 0.04 in the centre-of-mass frame) using data collected by ALICE at the CERN LHC. The results are obtained based on all the available measurements of prompt production of ground-state charm-hadron species:$$\textrm{D}^{0}$$ D 0 ,$$\textrm{D}^{+}$$ D + ,$$\textrm{D}_\textrm{s}^{+}$$ D s + , and$$\mathrm {J/\psi }$$ J / ψ mesons, and$$\Lambda _\textrm{c}^{+}$$ Λ c + and$$\Xi _\textrm{c}^{0}$$ Ξ c 0 baryons. The resulting cross section is$$ \textrm{d}\sigma ({{\textrm{c}}\overline{\textrm{c}}})/\textrm{d}y =219.6 \pm 6.3\;(\mathrm {stat.}) {\;}_{-11.8}^{+10.5}\;(\mathrm {syst.}) {\;}_{-2.9}^{+8.3}\;(\mathrm {extr.})\pm 5.4\;(\textrm{BR})\pm 4.6\;(\mathrm {lumi.}) \pm 19.5\;(\text {rapidity shape})+15.0\;(\Omega _\textrm{c}^{0})\;\textrm{mb} $$ d σ ( c c ¯ ) / d y = 219.6 ± 6.3 ( stat . ) - 11.8 + 10.5 ( syst . ) - 2.9 + 8.3 ( extr . ) ± 5.4 ( BR ) ± 4.6 ( lumi . ) ± 19.5 ( rapidity shape ) + 15.0 ( Ω c 0 ) mb , which is consistent with a binary scaling of pQCD calculations from pp collisions. The measured fragmentation fractions are compatible with those measured in pp collisions at$$\sqrt{s} = 5.02$$ s = 5.02 and 13 TeV, showing an increase in the relative production rates of charm baryons with respect to charm mesons in pp and p–Pb collisions compared with$$\mathrm {e^{+}e^{-}}$$ e + e - and$$\mathrm {e^{-}p}$$ e - p collisions. The$$p_\textrm{T}$$ p T -integrated nuclear modification factor of charm quarks,$$R_\textrm{pPb}({\textrm{c}}\overline{\textrm{c}})= 0.91 \pm 0.04\;\mathrm{(stat.)} ^{+0.08}_{-0.09}\;\mathrm{(syst.)} ^{+0.05}_{-0.03}\;\mathrm{(extr.)} \pm 0.03\;\mathrm{(lumi.)}$$ R pPb ( c c ¯ ) = 0.91 ± 0.04 ( stat . ) - 0.09 + 0.08 ( syst . ) - 0.03 + 0.05 ( extr . ) ± 0.03 ( lumi . ) , is found to be consistent with unity and with theoretical predictions including nuclear modifications of the parton distribution functions. 
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  2. A<sc>bstract</sc> We present a study of$$ {\Xi}_c^0\to {\Xi}^0{\pi}^0 $$ Ξ c 0 Ξ 0 π 0 ,$$ {\Xi}_c^0\to {\Xi}^0\eta $$ Ξ c 0 Ξ 0 η , and$$ {\Xi}_c^0\to {\Xi}^0{\eta}^{\prime } $$ Ξ c 0 Ξ 0 η decays using the Belle and Belle II data samples, which have integrated luminosities of 980 fb−1and 426 fb−1, respectively. We measure the following relative branching fractions$$ {\displaystyle \begin{array}{c}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^0{\pi}^0\right)/\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}\right)=0.48\pm 0.02\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.03\left(\textrm{syst}\right),\\ {}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^0\eta \right)/\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}\right)=0.11\pm 0.01\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.01\left(\textrm{syst}\right),\\ {}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^0{\eta}^{\prime}\right)/\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}\right)=0.08\pm 0.02\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.01\left(\textrm{syst}\right)\end{array}} $$ B Ξ c 0 Ξ 0 π 0 / B Ξ c 0 Ξ π + = 0.48 ± 0.02 stat ± 0.03 syst , B Ξ c 0 Ξ 0 η / B Ξ c 0 Ξ π + = 0.11 ± 0.01 stat ± 0.01 syst , B Ξ c 0 Ξ 0 η / B Ξ c 0 Ξ π + = 0.08 ± 0.02 stat ± 0.01 syst for the first time, where the uncertainties are statistical (stat) and systematic (syst). By multiplying by the branching fraction of the normalization mode,$$ \mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}\right) $$ B Ξ c 0 Ξ π + , we obtain the following absolute branching fraction results$$ {\displaystyle \begin{array}{c}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^0{\pi}^0\right)=\left(6.9\pm 0.3\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.5\left(\textrm{syst}\right)\pm 1.3\left(\operatorname{norm}\right)\right)\times {10}^{-3},\\ {}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^0\eta \right)=\left(1.6\pm 0.2\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.2\left(\textrm{syst}\right)\pm 0.3\left(\operatorname{norm}\right)\right)\times {10}^{-3},\\ {}\mathcal{B}\left({\varXi}_c^0\to {\Xi}^0{\eta}^{\prime}\right)=\left(1.2\pm 0.3\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.1\left(\textrm{syst}\right)\pm 0.2\left(\operatorname{norm}\right)\right)\times {10}^{-3},\end{array}} $$ B Ξ c 0 Ξ 0 π 0 = 6.9 ± 0.3 stat ± 0.5 syst ± 1.3 norm × 10 3 , B Ξ c 0 Ξ 0 η = 1.6 ± 0.2 stat ± 0.2 syst ± 0.3 norm × 10 3 , B Ξ c 0 Ξ 0 η = 1.2 ± 0.3 stat ± 0.1 syst ± 0.2 norm × 10 3 , where the third uncertainties are from$$ \mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}\right) $$ B Ξ c 0 Ξ π + . The asymmetry parameter for$$ {\Xi}_c^0\to {\Xi}^0{\pi}^0 $$ Ξ c 0 Ξ 0 π 0 is measured to be$$ \alpha \left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^0{\pi}^0\right)=-0.90\pm 0.15\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.23\left(\textrm{syst}\right) $$ α Ξ c 0 Ξ 0 π 0 = 0.90 ± 0.15 stat ± 0.23 syst
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  3. Abstract The ALICE Collaboration at the CERN LHC has measured the inclusive production cross section of isolated photons at midrapidity as a function of the photon transverse momentum ($$p_{\textrm{T}}^{\gamma }$$ p T γ ), in Pb–Pb collisions in different centrality intervals, and in pp collisions, at centre-of-momentum energy per nucleon pair of$$\sqrt{s_{\textrm{NN}}}~=~5.02$$ s NN = 5.02  TeV. The photon transverse momentum range is between 10–14 and 40–140 GeV/$$c$$ c , depending on the collision system and on the Pb–Pb centrality class. The result extends to lower$$p_{\textrm{T}}^{\gamma }$$ p T γ than previously published results by the ATLAS and CMS experiments at the same collision energy. The covered pseudorapidity range is$$|\eta ^{\gamma } | <0.67$$ | η γ | < 0.67 . The isolation selection is based on a charged particle isolation momentum threshold$$p_{\textrm{T}}^\mathrm{iso,~ch} = 1.5$$ p T iso , ch = 1.5  GeV/$$c$$ c within a cone of radii$$R=0.2$$ R = 0.2 and 0.4. The nuclear modification factor is calculated and found to be consistent with unity in all centrality classes, and also consistent with the HG-PYTHIA model, which describes the event selection and geometry biases that affect the centrality determination in peripheral Pb–Pb collisions. The measurement is compared to next-to-leading order perturbative QCD calculations and to the measurements of isolated photons and Z$$^{0}$$ 0 bosons from the CMS experiment, which are all found to be in agreement. 
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  4. Abstract The transverse momentum spectra and integrated yields of anti-$$\Sigma $$ Σ hyperons ($$\overline{\Sigma }^{\pm } $$ Σ ¯ ± ) have been measured in$$\text {pp}$$ pp and$$\text {p}{-}\text {Pb}$$ p - Pb collisions at$$\sqrt{s_{\textrm{NN}}}=5.02$$ s NN = 5.02 TeV with the ALICE experiment. Measurements are performed via the newly accessed decay channel$$\overline{\Sigma }^{\pm } \!\!\rightarrow \mathrm{\overline{n}} \pi ^{\pm }$$ Σ ¯ ± n ¯ π ± . A new method of antineutron reconstruction with the PHOS electromagnetic spectrometer is developed and applied to this analysis. The$$p_{\textrm{T}}$$ p T spectra of$$\overline{\Sigma }^{\pm } $$ Σ ¯ ± are measured in the range$$0.5<3$$ 0.5 < p T < 3 GeV/$$c$$ c and compared to predictions of the PYTHIA 8, DPMJET, PHOJET, EPOS LHC and EPOS4 models. The EPOS LHC and EPOS4 models provide the best descriptions of the measured spectra both in$$\text {pp}$$ pp and$$\text {p}{-}\text {Pb}$$ p - Pb collisions, while models which do not account for multiparton interactions provide a considerably worse description at high$$p_{\textrm{T}}$$ p T . The total yields of$$\overline{\Sigma }^{\pm } $$ Σ ¯ ± in both$$\text {pp}$$ pp and$$\text {p}{-}\text {Pb}$$ p - Pb collisions are compared to predictions of the Thermal-FIST model and dynamical models PYTHIA 8, DPMJET, PHOJET, EPOS LHC and EPOS4. All models reproduce the total yields in both colliding systems within uncertainties. The nuclear modification factors$$R_\textrm{pPb}$$ R pPb for both$$\overline{\Sigma }^{+} $$ Σ ¯ + and$$\overline{\Sigma }^{-} $$ Σ ¯ - are evaluated and compared to those of protons,$$\Lambda $$ Λ and$$\Xi $$ Ξ hyperons, and predictions of EPOS LHC and EPOS4 models. No deviations of$$R_\textrm{pPb}$$ R pPb for$$\overline{\Sigma }^{\pm } $$ Σ ¯ ± from the model predictions or measurements for other hadrons are found within uncertainties. 
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  5. Abstract The elliptic flow$$(v_2)$$ ( v 2 ) of$${\textrm{D}}^{0}$$ D 0 mesons from beauty-hadron decays (non-prompt$${\textrm{D}}^{0})$$ D 0 ) was measured in midcentral (30–50%) Pb–Pb collisions at a centre-of-mass energy per nucleon pair$$\sqrt{s_{\textrm{NN}}} = 5.02$$ s NN = 5.02  TeV with the ALICE detector at the LHC. The$${\textrm{D}}^{0}$$ D 0 mesons were reconstructed at midrapidity$$(|y|<0.8)$$ ( | y | < 0.8 ) from their hadronic decay$$\mathrm {D^0 \rightarrow K^-\uppi ^+}$$ D 0 K - π + , in the transverse momentum interval$$2< p_{\textrm{T}} < 12$$ 2 < p T < 12  GeV/c. The result indicates a positive$$v_2$$ v 2 for non-prompt$${{\textrm{D}}^{0}}$$ D 0 mesons with a significance of 2.7$$\sigma $$ σ . The non-prompt$${{\textrm{D}}^{0}}$$ D 0 -meson$$v_2$$ v 2 is lower than that of prompt non-strange D mesons with 3.2$$\sigma $$ σ significance in$$2< p_\textrm{T} < 8~\textrm{GeV}/c$$ 2 < p T < 8 GeV / c , and compatible with the$$v_2$$ v 2 of beauty-decay electrons. Theoretical calculations of beauty-quark transport in a hydrodynamically expanding medium describe the measurement within uncertainties. 
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