Preprint/Internal Report PUBDB-2014-04713

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Observation and measurements of the production of prompt and non-prompt $J/\psi$ mesons in association with a $Z$ boson in $pp$ collisions at $\sqrt{s}= 8$ TeV with the ATLAS detector

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2014

 GO

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Report No.: CERN-PH-EP-2014-276; arXiv:1412.6428

Abstract: The production of a $Z$ boson in association with a $J/\psi$ meson in proton--proton collisions probes the production mechanisms of quarkonium and heavy flavour in association with vector bosons, and allows studies of multiple parton scattering. Using $20.3$ fb$^{-1}$ of data collected with the ATLAS experiment at the LHC, in $pp$ collisions at $\sqrt{s}=8$ TeV, the first measurement of associated $Z + J/\psi$ production is presented for both prompt and non-prompt $J/\psi$ production, with both signatures having a significance in excess of $5\sigma$. The inclusive production cross-sections for $Z$ boson production (in $\mu^+\mu^-$ or $e^+e^-$ decay modes) in association with prompt and non-prompt $J/\psi(\to\mu^+\mu^-)$ are measured relative to the inclusive production rate of $Z$ bosons in the same fiducial volume to be $(88\pm 16\pm 6) \times 10^{-8}$ and $(157\pm 22\pm 10) \times 10^{-8}$ respectively. Normalised differential production cross-sections are also determined as a function of the $J/\psi$ transverse momentum. The fraction of signal events arising from single and double parton scattering is estimated, and a lower limit of $5.3\ (3.7)$ mb at $68\ (95)$% confidence level is placed on the effective cross-section regulating double parton interactions.

Keyword(s): p p: colliding beams ; parton: scattering ; p p: scattering ; J/psi(3100): hadroproduction ; J/psi(3100): direct production ; J/psi(3100): leptonic decay ; Z0: associated production ; Z0: leptonic decay ; parton: interaction ; inclusive production ; channel cross section: ratio: measured ; differential cross section: ratio: measured ; ATLAS ; transverse momentum: dependence ; CERN LHC Coll ; experimental results ; p p --> J/psi(3100) Z0 anything ; J/psi(3100) --> muon+ muon- ; Z0 --> muon+ muon- ; Z0 --> electron positron ; 8000 GeV-cms


Note: OA

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

Appears in the scientific report 2014
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