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Title: Measurement of beauty-quark production in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV via non-prompt D mesons
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.  more » « less
Award ID(s):
2208883 2012154
PAR ID:
10599259
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2024
Issue:
10
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A<sc>bstract</sc> A time-dependent, flavour-tagged measurement ofCPviolation is performed withB0→ D+Dand$$ {B}_s^0 $$ B s 0 →$$ {D}_s^{+}{D}_s^{-} $$ D s + D s decays, using data collected by the LHCb detector in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV corresponding to an integrated luminosity of 6 fb−1. InB0→ D+Ddecays theCP-violation parameters are measured to be$$ {\displaystyle \begin{array}{c}{S}_{D^{+}{D}^{-}}=-0.552\pm 0.100\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.010\left(\textrm{syst}\right),\\ {}{C}_{D^{+}{D}^{-}}=0.128\pm 0.103\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.010\left(\textrm{syst}\right).\end{array}} $$ S D + D = 0.552 ± 0.100 stat ± 0.010 syst , C D + D = 0.128 ± 0.103 stat ± 0.010 syst . In$$ {B}_s^0 $$ B s 0 →$$ {D}_s^{+}{D}_s^{-} $$ D s + D s decays theCP-violating parameter formulation in terms ofϕsand|λ|results in$$ {\displaystyle \begin{array}{c}{\phi}_s=-0.086\pm 0.106\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.028\left(\textrm{syst}\right)\textrm{rad},\\ {}\mid {\lambda}_{D_s^{+}{D}_s^{-}}\mid =1.145\pm 0.126\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.031\left(\textrm{syst}\right).\end{array}} $$ ϕ s = 0.086 ± 0.106 stat ± 0.028 syst rad , λ D s + D s = 1.145 ± 0.126 stat ± 0.031 syst . These results represent the most precise single measurement of theCP-violation parameters in their respective channels. For the first time in a single measurement,CPsymmetry is observed to be violated inB0→ D+Ddecays with a significance exceeding six standard deviations. 
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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 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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  4. 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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  5. A<sc>bstract</sc> A measurement of the top quark pair ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ ) production cross section in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 5.02 TeV is presented. The data were collected at the LHC in autumn 2017, in dedicated runs with low-energy and low-intensity conditions with respect to the default configuration, and correspond to an integrated luminosity of 302 pb−1. The measurement is performed using events with one electron or muon, and multiple jets, at least one of them being identified as originating from a b quark (b tagged). Events are classified based on the number of all reconstructed jets and of b-tagged jets. Multivariate analysis techniques are used to enhance the separation between the signal and backgrounds. The measured cross section is$$ 62.5\pm 1.6{\left(\textrm{stat}\right)}_{-2.5}^{+2.6}\left(\textrm{syst}\right)\pm 1.2\left(\textrm{lumi}\right) $$ 62.5 ± 1.6 stat 2.5 + 2.6 syst ± 1.2 lumi pb. A combination with the result in the dilepton channel based on the same data set yields a value of 62.3 ± 1.5 (stat) ± 2.4 (syst) ± 1.2 (lumi) pb, to be compared with the standard model prediction of$$ {69.5}_{-3.7}^{+3.5} $$ 69.5 3.7 + 3.5 pb at next-to-next-to-leading order in perturbative quantum chromodynamics. 
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