Journal Article PUBDB-2021-00436

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Measurement of the $\eta_c(1S)$ production cross-section in $pp$ collisions at $\sqrt{s} = 13$ TeV

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2020
Springer Heidelberg

The European physical journal / C 80(3), 191 (1-18) () [10.1140/epjc/s10052-020-7733-0]
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Report No.: CERN-EP-2019-214; LHCb-PAPER-2019-024; arXiv:1911.03326

Abstract: Using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 2.0 $\, \text {fb} ^{-1}$, collected by the LHCb experiment, the production of the ${\eta _{c}} (1S)$ state in proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of $\sqrt{s} =13\, \text {TeV}$ is studied in the rapidity range $2.0< y < 4.5$ and in the transverse momentum range $6.5< p_{\mathrm {T}} < 14.0 \, \text {GeV} $. The cross-section for prompt production of ${\eta _{c}} (1S)$ mesons relative to that of the ${J /\psi }$ meson is measured using the $p \overline{{p}}$ decay mode and is found to be ${\sigma _{{\eta _{c}} (1S)}/\sigma _{{{J /\psi }}} = 1.69 \pm 0.15 \pm 0.10 \pm 0.18}$. The quoted uncertainties are, in order, statistical, systematic and due to uncertainties on the branching fractions of the ${{J /\psi }} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $ and ${\eta _{c}} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $ decays. The prompt ${\eta _{c}} (1S)$ production cross-section is determined to be ${\sigma _{{\eta _{c}} (1S)} = 1.26 \pm 0.11\pm 0.08\pm 0.14 μb }$, where the last uncertainty includes that on the ${J /\psi }$ meson cross-section. The ratio of the branching fractions of $b $-hadron decays to the ${\eta _{c}} (1S)$ and ${J /\psi }$ states is measured to be ${{\mathcal {B}} _{{b} \!\rightarrow {\eta _{c}} X}/{\mathcal {B}} _{{b} \!\rightarrow {{J /\psi }} X} = 0.48 \pm 0.03 \pm 0.03 \pm 0.05}$, where the last uncertainty is due to those on the branching fractions of the ${{J /\psi }} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $ and ${\eta _{c}} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $ decays. The difference between the ${J /\psi }$ and ${\eta _{c}} (1S)$ masses is also determined to be $113.0 \pm 0.7 \pm 0.1 \, \text {MeV} $, which is the most precise single measurement of this quantity to date.

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; eta/c(2980): hadronic decay ; J/psi(3100): hadronic decay ; branching ratio: ratio: measured ; J/psi(3100): branching ratio ; eta/c(2980): branching ratio ; transverse momentum dependence ; eta/c(2980): direct production ; decay modes ; statistical ; rapidity dependence ; channel cross section: measured ; cross section: ratio: measured ; mass difference: (eta/c(2980) J/psi(3100)) ; LHC-B ; CERN LHC Coll ; experimental results ; eta/c(2980) --> p anti-p ; J/psi(3100) --> p anti-p ; 13000 GeV-cms

Classification:

Note: Eur. Phys. J. C80 (2020) 191. All figures and tables, along with any supplementary material and additional information, are available at https://cern.ch/lhcbproject/Publications/p/LHCb-PAPER-2019-024.html (LHCb public pages) Published: 02 March 2020

Contributing Institute(s):
  1. beauftragt von FH (Belle)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF3-611) (POF3-611)
Experiment(s):
  1. LHC: LHCb

Appears in the scientific report 2020
Database coverage:
Medline ; Creative Commons Attribution CC BY 4.0 ; SCOAP3 OpenAccess ; DOAJ ; OpenAccess ; Clarivate Analytics Master Journal List ; Current Contents - Physical, Chemical and Earth Sciences ; DOAJ Seal ; Ebsco Academic Search ; Essential Science Indicators ; IF < 5 ; JCR ; NationallizenzNationallizenz ; SCOAP3 sponsored Journal ; SCOPUS ; Science Citation Index Expanded ; Web of Science Core Collection
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