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Study of $χ_{\mathrm{c}}$ production in pPb collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}}$ = 8.16 TeV

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2026

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Report No.: CERN-EP-2026-119; CMS-HIN-22-003; arXiv:2607.17847

Abstract: Production of prompt P-wave charmonium states $χ_\mathrm{c1}$(1P) and $χ_\mathrm{c2}$(1P) is studied in proton-lead (pPb) collisions at a center-of-mass energy per nucleon pair of $\sqrt{\smash[b]{s_{_{\mathrm{NN}}}}}$ = 8.16 TeV. The analysis is based on data corresponding to an integrated luminosity of 175 nb$^{-1}$ collected by the CMS experiment at the CERN LHC. The $χ_\mathrm{c}$ states are measured via their decay $χ_\mathrm{c}$$\to$ J$/ψ\,γ$. The J$/ψ$ meson is reconstructed via its decay to a muon pair, while the photon is reconstructed through its conversion to an electron-positron pair. The ratio of production cross sections times branching fractions for the two charmonium states, [$σ(χ_\mathrm{c2}) \mathcal{B}(χ_\mathrm{c2}$$\to$ J$/ψ\, γ$)] / [$σ(χ_\mathrm{c1}) \mathcal{B}(χ_\mathrm{c1}$$\to$ J$/ψ\, γ)$], is reported in the rapidity range $\vert y($J$/ψ)\vert$$\lt$ 2.4 for the transverse momentum range 6.5 $\lt$$p_{\mathrm{T}}$(J$/ψ$) $\lt$ 30 GeV. The $χ_\mathrm{c2}$-to-$χ_\mathrm{c1}$ ratio is found to be independent of event charged-particle multiplicity, as well as of the rapidity and $p_\mathrm{T}$ of the J$/ψ$. The consistency of this ratio with proton-proton measurements at $\sqrt{s}$ = 7 TeV indicates an absence of strong relative modification for $χ_\mathrm{c}$ states in pPb collisions, in contrast to the behavior observed in the $ψ$(2S)-to-J$/ψ$ ratio.


Note: Submitted to Physics Letters B. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/HIN-22-003 (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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