Journal Article/Internal Report DESY-2014-00048

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Measurement of the $\Upsilon(1S), \Upsilon(2S)$, and $\Upsilon(3S)$ cross sections in pp collisions at $\sqrt{s}$ = 7 TeV

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2013
North-Holland Publ. Amsterdam

Physics letters / B 727(1-3), 101 - 125 () [10.1016/j.physletb.2013.10.033]
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Report No.: CERN-PH-EP-2012-373; CMS-BPH-11-001; arXiv:1303.5900

Abstract: HEPDATA abstract CERN-LHC. Measurement of the cross sections for Upsilon(1s), Upsilon(2S) and Upsilon(3S) production in proton-proton collisions at a centre of mass energy of 7 TeV. The data sample, with an integrated luminosity of 35.8+-1.4 pb-1 covers the PT range 0-50 GeV/c and |rapidity| < 2.4. The Upsilon resonances are identified through their decay to di-muons and the data are uncorrected for the branching ratio. Fiducial as well as acceptance-corrected cross sections are tabulated. The effects of the polarization on the acceptance corrected cross section are given for the following extreme scenarios: HX_ T - fully transverse in the helicity frame HX_ L - fully longitudinal in the helicity frame CS_ T - fully transverse in the Collins-Soper frame CS_ L - fully longitudinal in the Collins-Soper frame. arXiv The $\Upsilon$(1S), $\Upsilon$(2S), and $\Upsilon$(3S) production cross sections are measured using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 35.8 $\pm$ 1.4 inverse picobarns of proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 7 TeV, collected with the CMS detector at the LHC. The Upsilon resonances are identified through their decays to dimuons. Integrated over the $\Upsilon$ transverse momentum range $p_{t}^{\Upsilon} \lt$ 50GeV and rapidity range |$y^\Upsilon$| $\lt$ 2.4, and assuming unpolarized Upsilon production, the products of the Upsilon production cross sections and dimuon branching fractions are \begin{equation*}\sigma(pp \to \Upsilon(1S) X) . B(\Upsilon(1S) \to \mu^+ \mu^-) = (8.55 \pm 0.05^{+0.56}_{-0.50} \pm 0.34) nb,\end{equation*} \begin{equation*}\sigma(pp \to \Upsilon(2S) X) . B(\Upsilon(2S) \to \mu^+ \mu^-) = (2.21 \pm 0.03^{+0.16}_{-0.14} \pm 0.09) nb,\end{equation*} \begin{equation*}\sigma(pp \to \Upsilon(3S) X) . B(\Upsilon(3S) \to \mu^+ \mu^-) = (1.11 \pm 0.02^{+0.10}_{-0.08} \pm 0.04) nb, \end{equation*} where the first uncertainty is statistical, the second is systematic, and the third is from the uncertainty in the integrated luminosity. The differential cross sections in bins of transverse momentum and rapidity, and the cross section ratios are presented. Cross section measurements performed within a restricted muon kinematic range and not corrected for acceptance are also provided. These latter measurements are independent of Upsilon polarization assumptions. The results are compared to theoretical predictions and previous measurements.

Classification:

Note: Submitted to Phys. Lett. B

Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. Experiments at LHC (CMS) (POF2-512) (POF2-512)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2013
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