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Observation of triple J/$\psi$ meson production in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2021

1-34 () [10.3204/PUBDB-2021-04807]  GO

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Report No.: CERN-EP-2021-215; CMS-BPH-21-004; arXiv:2111.05370

Abstract: The first observation of the simultaneous production of three J/$\psi$ mesons in proton-proton (pp) collisions is presented, based on a data sample collected by the CMS experiment at a center-of-mass energy of 13 TeV and corresponding to an integrated luminosity of 133 fb$^{-1}$. The pp $\to$ J/$\psi\,$J/$\psi\,$J/$\psi\,$X process is observed with a significance above five standard deviations in final states with three $\mu^+\mu^-$ pairs. The measured inclusive fiducial cross section of $\sigma$(pp $\to$ J/$\psi\,$J/$\psi\,$J/$\psi\,$X)= 272$^{+141}_{-104}$ (stat) $\pm$ 17 (syst) fb is compared to theoretical expectations for the production of three J/$\psi$ mesons in single- (SPS), double- (DPS), and triple- (TPS) parton scatterings. Assuming factorization of multiple hard-scattering probabilities in terms of SPS cross sections, the measured process is found to be dominated by DPS and TPS contributions, and an effective DPS cross section, related to the transverse distribution of partons in the proton, of $\sigma_\mathrm{eff,DPS}$ = 2.7$^{+1.4}_{-1.0}$ (exp) ${}^{+1.5}_{-1.0}$ (theo) mb is determined.

Keyword(s): parton, scattering ; p p, scattering ; meson, production ; CERN SPS ; TeV ; factorization ; transverse ; hard scattering ; CMS


Note: Submitted to Nature Physics. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/BPH-21-004 (CMS Public Pages)
Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2021
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Nature physics 19(3), 338 - 350 () [10.1038/s41567-022-01838-y]  GO OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext Download fulltextFulltext by arXiv.org BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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