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Measurement of B meson production fraction ratios in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV using open-charm and charmonium decays

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2026

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Report No.: CERN-EP-2025-176; CMS-BPH-21-007; arXiv:2602.10270

Abstract: Production fraction ratios of B$^+$, B$^0$, and B$^0_\mathrm{s}$ mesons are measured in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV using a special data set recorded in 2018 with high-rate triggers designed to collect an unbiased sample of $10^{10}$ b hadrons with the CMS experiment at the LHC. These data allow the use of the open-charm decays of B mesons (B$_\mathrm{(s)}$$\to$$π$D$_\mathrm{(s)}$) where the D meson decays into fully hadronic final states. Production fraction ratios as functions of B meson transverse momentum ($p_\mathrm{T}$) and rapidity ($y$) are measured using the open-charm decays in the kinematic range of 8 $\lt$$p_\mathrm{T}$$\lt$ 60 GeV and $\lvert y \rvert$$\lt$ 2.25. In addition, the same data are used to measure the relative production fraction ratios with the charmonium decay channels (B$_\mathrm{(s)}$$\to$ X$\,$J/$ψ$ with X indicating a K$^+$, K$^*$(892)$^0$, or $ϕ$(1020) meson) with the J/$ψ$ meson decaying into a pair of muons. By utilizing known branching fractions, precision theoretical calculations, and the open-charm results, the production fraction ratios in the charmonium samples are determined with an absolute normalization for the first time. These results also improve several world-average values of the ratios of branching fractions of B meson decays to charmonium and open-charm states. Finally, we test isospin invariance in B meson production in proton-proton collisions and observe that it holds within the experimental precision.


Note: Submitted to Physical Review D. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/BPH-21-007 (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)
  3. DFG project G:(GEPRIS)390833306 - EXC 2121: Das Quantisierte Universum II (390833306) (390833306)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

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 Record created 2026-02-27, last modified 2026-02-27


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