Measurement of the $\eta_c(1S)$ production cross-section in $pp$ collisions at $\sqrt{s} = 13$ TeV
2 LAL - Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire
3 CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille
4 LLR - Laboratoire Leprince-Ringuet
5 LPNHE (UMR_7585) - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
6 LAPP - Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules
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Résumé
Using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 2.0 $\, \text {fb} ^{-1}$, collected by the LHCb experiment, the production of the ${\eta _{c}} (1S)$ state in proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of $\sqrt{s} =13\, \text {TeV}$ is studied in the rapidity range $2.0< y < 4.5$ and in the transverse momentum range $6.5< p_{\mathrm {T}} < 14.0 \, \text {GeV} $. The cross-section for prompt production of ${\eta _{c}} (1S)$ mesons relative to that of the ${J /\psi }$ meson is measured using the $p \overline{{p}}$ decay mode and is found to be ${\sigma _{{\eta _{c}} (1S)}/\sigma _{{{J /\psi }}} = 1.69 \pm 0.15 \pm 0.10 \pm 0.18}$. The quoted uncertainties are, in order, statistical, systematic and due to uncertainties on the branching fractions of the ${{J /\psi }} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $ and ${\eta _{c}} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $ decays. The prompt ${\eta _{c}} (1S)$ production cross-section is determined to be ${\sigma _{{\eta _{c}} (1S)} = 1.26 \pm 0.11\pm 0.08\pm 0.14 \,\upmu \text {b}}$, where the last uncertainty includes that on the ${J /\psi }$ meson cross-section. The ratio of the branching fractions of $b $-hadron decays to the ${\eta _{c}} (1S)$ and ${J /\psi }$ states is measured to be ${{\mathcal {B}} _{{b} \!\rightarrow {\eta _{c}} X}/{\mathcal {B}} _{{b} \!\rightarrow {{J /\psi }} X} = 0.48 \pm 0.03 \pm 0.03 \pm 0.05}$, where the last uncertainty is due to those on the branching fractions of the ${{J /\psi }} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $ and ${\eta _{c}} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $ decays. The difference between the ${J /\psi }$ and ${\eta _{c}} (1S)$ masses is also determined to be $113.0 \pm 0.7 \pm 0.1 \, \text {MeV} $, which is the most precise single measurement of this quantity to date.
Mots clés
- channel cross section: measured
- decay modes
- cross section: ratio: measured
- mass difference: (eta/c(2980) J/psi(3100))
- LHC-B
- CERN LHC Coll
- experimental results
- eta/c(2980) --> p anti-p
- J/psi(3100) --> p anti-p
- 13000 GeV-cms
- M026M
- S051.106
- S051.223
- rapidity dependence
- statistical
- eta/c(2980): direct production
- transverse momentum dependence
- eta/c(2980): branching ratio
- J/psi(3100): branching ratio
- branching ratio: ratio: measured
- J/psi(3100): hadronic decay
- eta/c(2980): hadronic decay
- p p: colliding beams
- p p: scattering