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Bottom quark energy loss and hadronization with B$^+$ and B$^0_\mathrm{s}$ nuclear modification factors using pp and \PbPb collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 5.02 TeV

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2024

[10.3204/PUBDB-2024-06818]  GO

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Report No.: CERN-EP-2024-176; CMS-HIN-21-014; arXiv:2409.07258

Abstract: The production cross sections of B$^0_\mathrm{s}$ and B$^+$ mesons are reported in proton-proton (pp) collisions recorded by the CMS experiment at the CERN LHC with a center-of-mass energy of 5.02 TeV. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 302 pb$^{-1}$. The cross sections are based on measurements of the B$^0_\mathrm{s}$$\to$ J/$\psi(\mu^+\mu^-)\phi$(1020)(K$^+$K$^-$) and B$^+$$\to$ J/$\psi(\mu^+\mu^-)$K$^+$ decay channels. Results are presented in the transverse momentum ($p_\mathrm{T}$) range 7-50 GeV/$c$ and the rapidity interval $\lvert y \rvert$$\lt$ 2.4 for the B mesons. The measured $p_\mathrm{T}$-differential cross sections of B$^+$ and B$^0_\mathrm{s}$ in pp collisions are well described by fixed-order plus next-to-leading logarithm perturbative quantum chromodynamics calculations. Using previous PbPb collision measurements at the same nucleon-nucleon center-of-mass energy, the nuclear modification factors, $R_\mathrm{AA}$, of the B mesons are determined. For $p_\mathrm{T}$$\lt$ 10 GeV/$c$, both mesons are found to be suppressed in PbPb collisions (with $R_\mathrm{AA}$ values significantly below unity), with less suppression observed for the B$^0_\mathrm{s}$ mesons. In this $p_\mathrm{T}$ range, the $R_\mathrm{AA}$ values for the B$^+$ mesons are consistent with those for inclusive charged hadrons and D$^0$ mesons. Below 10 GeV/$c$, both B$^+$ and B$^0_\mathrm{s}$s are found to be less suppressed than either inclusive charged hadrons or D$^0$ mesons, with the B$^0_\mathrm{s}$$R_\mathrm{AA}$ value consistent with unity. The $R_\mathrm{AA}$ values found for the B$^+$ and B$^0_\mathrm{s}$ are compared to theoretical calculations, providing constraints on the mechanism of bottom quark energy loss and hadronization in the quark-gluon plasma, the hot and dense matter created in ultrarelativistic heavy ion collisions.


Note: Submitted to the Journal of High Energy Physics. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/HIN-21-014 (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. DFG project G:(GEPRIS)390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
  3. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
  4. GRK 2497 - GRK 2497: Physik der schwersten Teilchen am Large Hadron Collider (400140256) (400140256)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2024
Database coverage:
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 Record created 2024-11-19, last modified 2025-06-29
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