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Observation of the charged-particle multiplicity dependence of $\sigma_{\psi(2S)}/\sigma_{\text{J}/\psi}$ in pPb collisions at 8.16 TeV

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2025

[10.3204/PUBDB-2025-01101]  GO

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Report No.: CERN-EP-2025-006; CMS-HIN-24-001; arXiv:2503.02139

Abstract: Bound states of charm and anticharm quarks, known as charmonia, have a rich spectroscopic structure that can be used to probe the dynamics of hadron production in high-energy hadron collisions. Here, the cross section ratio of excited ($\psi$(2S)) and ground state (J/$\psi$) vector mesons is measured as a function of the charged-particle multiplicity in proton-lead (pPb) collisions at a center-of-mass (CM) energy per nucleon pair of 8.16 TeV. The data corresponding to an integrated luminosity of 175 nb$^{-1}$ were collected using the CMS detector. The ratio is measured separately for prompt and nonprompt charmonia in the transverse momentum range 6.5 $\lt$$p_\text{T}$$\lt$ 30 GeV and in four rapidity ranges spanning $-$2.865 $\lt$$y_\text{CM}$$\lt$ 1.935. For the first time, a statistically significant multiplicity dependence of the prompt cross section ratio is observed in proton-nucleus collisions. There is no clear rapidity dependence in the ratio. The prompt measurements are compared with a theoretical model which includes interactions with nearby particles during the evolution of the system. These results provide additional constraints on hadronization models of heavy quarks in nuclear collisions.


Note: Submitted to Physical Review Letters. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/HIN-24-001 (CMS Public Pages). This version corrects the CERN preprint number
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)
  3. DFG project G:(GEPRIS)390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

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Observation of the Charged-Particle Multiplicity Dependence of σψ(2S)/σJ/ψ in p-Pb Collisions at 8.16 TeV
Physical review letters 135(9), 092301 () [10.1103/c9wp-5tq3]  GO arXiv  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext Download fulltextFulltext by arXiv.org BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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