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Title: Measurements of $$\psi (2S)$$ and $$\chi _{c1}(3872)$$ production within fully reconstructed jets
Abstract This paper presents the first measurement of$$\psi {(2S)}$$ ψ(2S) and$$\chi _{c1}(3872)$$ χc1 (3872) meson production within fully reconstructed jets. Each quarkonium state (tag) is reconstructed via its decay to the$${{J \hspace{-1.66656pt}/\hspace{-1.111pt}\psi }} $$ J/ψ ($$\rightarrow $$ $$\mu ^+\mu ^-$$ μ+μ- )$$\pi ^+\pi ^-$$ π+π- final state in the forward region using proton-proton collision data collected by the LHCb experiment at the center-of-mass-energy of$$13\text {TeV} $$ 13TeV in 2016, corresponding to an integrated luminosity of$$1.64\,\text {\,fb} ^{-1} $$ 1.64\,fb-1 . The fragmentation function, presented as the ratio of the quarkonium-tag transverse momentum to the full jet transverse momentum ($$p_{\textrm{T}} (\text {tag})/p_{\textrm{T}} (\text {jet})$$ pT(tag)/pT(jet) ), is measured differentially in$$p_{\textrm{T}} (\text {jet})$$ pT(jet) and$$p_{\textrm{T}} (\text {tag})$$ pT(tag) bins. The distributions are separated into promptly produced quarkonia from proton-proton collisions and quarkonia produced from displacedb-hadron decays. While the displaced quarkonia fragmentation functions are in general well described by parton-shower predictions, the prompt quarkonium distributions differ significantly from fixed-order non-relativistic QCD (NRQCD) predictions followed by a QCD parton shower.  more » « less
Award ID(s):
2411639 2209769
PAR ID:
10615036
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
sissa
Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
85
Issue:
5
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract A measurement is presented of a ratio observable that provides a measure of the azimuthal correlations among jets with large transverse momentum$$p_{\textrm{T}}$$ pT . This observable is measured in multijet events over the range of$$p_{\textrm{T}} = 360$$ pT=360 –$$3170\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V} $$ 3170GeV based on data collected by the CMS experiment in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13$$\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}$$ TeV , corresponding to an integrated luminosity of 134$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb-1 . The results are compared with predictions from Monte Carlo parton-shower event generator simulations, as well as with fixed-order perturbative quantum chromodynamics (pQCD) predictions at next-to-leading-order (NLO) accuracy obtained with different parton distribution functions (PDFs) and corrected for nonperturbative and electroweak effects. Data and theory agree within uncertainties. From the comparison of the measured observable with the pQCD prediction obtained with the NNPDF3.1 NLO PDFs, the strong coupling at the Z boson mass scale is$$\alpha _\textrm{S} (m_{{\textrm{Z}}}) =0.1177 \pm 0.0013\, \text {(exp)} _{-0.0073}^{+0.0116} \,\text {(theo)} = 0.1177_{-0.0074}^{+0.0117}$$ αS (mZ) =0.1177±0.0013 (exp)-0.0073+0.0116 (theo)=0. 1177-0.0074+0.0117 , where the total uncertainty is dominated by the scale dependence of the fixed-order predictions. A test of the running of$$\alpha _\textrm{S}$$ αS in the$$\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}$$ TeV region shows no deviation from the expected NLO pQCD behaviour. 
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  2. Abstract The double differential cross sections of the Drell–Yan lepton pair ($$\ell ^+\ell ^-$$ +- , dielectron or dimuon) production are measured as functions of the invariant mass$$m_{\ell \ell }$$ m , transverse momentum$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$ pT() , and$$\varphi ^{*}_{\eta }$$ φη . The$$\varphi ^{*}_{\eta }$$ φη observable, derived from angular measurements of the leptons and highly correlated with$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$ pT() , is used to probe the low-$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$ pT() region in a complementary way. Dilepton masses up to 1$$\,\text {Te\hspace{-.08em}V}$$ TeV are investigated. Additionally, a measurement is performed requiring at least one jet in the final state. To benefit from partial cancellation of the systematic uncertainty, the ratios of the differential cross sections for various$$m_{\ell \ell }$$ m ranges to those in the Z mass peak interval are presented. The collected data correspond to an integrated luminosity of 36.3$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb-1 of proton–proton collisions recorded with the CMS detector at the LHC at a centre-of-mass energy of 13$$\,\text {Te\hspace{-.08em}V}$$ TeV . Measurements are compared with predictions based on perturbative quantum chromodynamics, including soft-gluon resummation. 
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  3. Abstract A measurement of the dijet production cross section is reported based on proton–proton collision data collected in 2016 at$$\sqrt{s}=13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$ s=13TeV by the CMS experiment at the CERN LHC, corresponding to an integrated luminosity of up to 36.3$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb-1 . Jets are reconstructed with the anti-$$k_{\textrm{T}} $$ kT algorithm for distance parameters of$$R=0.4$$ R=0.4 and 0.8. Cross sections are measured double-differentially (2D) as a function of the largest absolute rapidity$$|y |_{\text {max}} $$ |y|max of the two jets with the highest transverse momenta$$p_{\textrm{T}}$$ pT and their invariant mass$$m_{1,2} $$ m1,2 , and triple-differentially (3D) as a function of the rapidity separation$$y^{*} $$ y , the total boost$$y_{\text {b}} $$ yb , and either$$m_{1,2} $$ m1,2 or the average$$p_{\textrm{T}}$$ pT of the two jets. The cross sections are unfolded to correct for detector effects and are compared with fixed-order calculations derived at next-to-next-to-leading order in perturbative quantum chromodynamics. The impact of the measurements on the parton distribution functions and the strong coupling constant at the mass of the$${\text {Z}} $$ Z boson is investigated, yielding a value of$$\alpha _\textrm{S} (m_{{\text {Z}}}) =0.1179\pm 0.0019$$ αS (mZ) =0.1179±0.0019
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  4. Abstract This paper presents the measurement of the isolated prompt photon inclusive production cross section in pp and p–Pb collisions by the ALICE Collaboration at the LHC. The measurement is performed in p–Pb collisions at centre-of-mass energies per nucleon pair of$$\sqrt{s_{\text {NN}}}={5.02}\,\textrm{TeV}$$ sNN =5.02TeV and 8.16 TeV, as well as in pp collisions at$$\sqrt{s}={5.02}\,\textrm{TeV}$$ s=5.02TeV and 8 TeV. The cross section is obtained at midrapidity$$(|y|<0.7)$$ (|y|<0.7) using a charged-track based isolation momentum$$p_\textrm{T}^{\text {iso,~ch}}<{1.5}\,\textrm{GeV}/c$$ pTiso, ch <1.5GeV/c in a cone with radius$$R=0.4$$ R=0.4 . The data for both collision systems are well reproduced by perturbative QCD (pQCD) calculations at next-to-leading order (NLO) using recent parton distribution functions for free (PDF) and bound (nPDF) nucleons. Furthermore, the nuclear modification factor$$R_{\text {pA}}$$ RpA for both collision energies is consistent with unity for$$p_{\textrm{T}}$$ pT $$>{20}\,\textrm{GeV}/c$$ >20GeV/c . However, deviations from unity ($$R_\textrm{pA}<1$$ RpA<1 ) of up to 20% are observed for$$p_{\textrm{T}}$$ pT $$<{20}\,\textrm{GeV}/c$$ <20GeV/c with limited significance, indicating the possible presence of nuclear effects in the initial state of the collision. The suppression increases with decreasing$$p_{\textrm{T}}$$ pT with a significance of$$2.3\upsigma $$ 2.3σ for a non-zero slope and yields$$R_{\textrm{pA}}<1$$ RpA<1 with a significance of$$1.8\upsigma $$ 1.8σ at$$\sqrt{s_{\textrm{NN}}}={8.16}\,\textrm{TeV}$$ sNN =8.16TeV for$$p_{\textrm{T}}$$ pT $$<{20}\,\textrm{GeV}/c$$ <20GeV/c . In addition, a significance of$$1.1\upsigma $$ 1.1σ is observed for$$R_{\textrm{pA}}<1$$ RpA<1 at the lower collision energy$$\sqrt{s_{\textrm{NN}}}={5.02}\,\textrm{TeV}$$ sNN =5.02TeV for$$p_{\textrm{T}} < {14}\,\textrm{GeV}/c$$ pT<14GeV/c . The magnitude and shape of the suppression are consistent with pQCD predictions at NLO using nPDFs that incorporate nuclear shadowing effects in the Pb nucleus. 
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  5. Abstract The first measurement of the multiplicity dependence of intra-jet properties of leading charged-particle jets in proton–proton (pp) collisions is reported. The mean charged-particle multiplicity and jet fragmentation distributions are measured in minimum-bias and high-multiplicity pp collisions at center-of-mass energy$$\sqrt{s}$$ s = 13 TeV using the ALICE detector. Jets are reconstructed from charged particles produced in the midrapidity region ($$|\eta | < 0.9$$ |η|<0.9 ) using the sequential recombination anti-$$k_{\textrm{T}}$$ kT algorithm with jet resolution parametersR= 0.2, 0.3, and 0.4 for the transverse momentum ($$p_\textrm{T}$$ pT ) interval 5–110 GeV/c. The high-multiplicity events are selected by the forward V0 scintillator detectors. The mean charged-particle multiplicity inside the leading jet cone rises monotonically with increasing jet$$p_\textrm{T}$$ pT in qualitative agreement with previous measurements at lower energies. The distributions of jet fragmentation function variables$$z^{\textrm{ch}}$$ zch and$$\xi ^{\textrm{ch}}$$ ξch are measured for different jet-$$p_\textrm{T}$$ pT intervals. Jet-$$p_\textrm{T}$$ pT independent fragmentation of leading jets is observed for wider jets except at high- and low-$$z^{\textrm{ch}}$$ zch values. The observed “hump-backed plateau” structure in the$$\xi ^{\textrm{ch}}$$ ξch distribution indicates suppression of low-$$p_\textrm{T}$$ pT particles. In high-multiplicity events, an enhancement of the fragmentation probability of low-$$z^{\textrm{ch}}$$ zch particles accompanied by a suppression of high-$$z^{\textrm{ch}}$$ zch particles is observed compared to minimum-bias events. This behavior becomes more prominent for low-$$p_\textrm{T}$$ pT jets with larger jet radius. The results are compared with predictions of QCD-inspired event generators, PYTHIA 8 with Monash 2013 tune and EPOS LHC. It is found that PYTHIA 8 qualitatively reproduces the jet modification in high-multiplicity events except at high jet$$p_\textrm{T}$$ pT . These measurements provide important constraints to models of jet fragmentation. 
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