Measurement of the cross-section ratio $σ(χ_{c2})/σ(χ_{c1})$ for prompt $χ_c$ production at $\sqrt{s}=7$ TeV
LHCb Collaboration, R. Aaij, C. Abellan Beteta, B. Adeva, M. Adinolfi, C. Adrover, A. Affolder, Z. Ajaltouni, J. Albrecht, F. Alessio, M. Alexander, G. Alkhazov, P. Alvarez Cartelle, A. A. Alves, S. Amato, Y. Amhis, J. Anderson, R. B. Appleby, O. Aquines Gutierrez, F. Archilli, L. Arrabito, A. Artamonov, M. Artuso, E. Aslanides, G. Auriemma, S. Bachmann, J. J. Back, D. S. Bailey, V. Balagura, W. Baldini, R. J. Barlow, C. Barschel, S. Barsuk, W. Barter, A. Bates, C. Bauer, Th. Bauer, A. Bay, I. Bediaga, S. Belogurov, K. Belous, I. Belyaev, E. Ben-Haim, M. Benayoun, G. Bencivenni, S. Benson, J. Benton, R. Bernet, M. -O. Bettler, M. van Beuzekom, A. Bien, S. Bifani, T. Bird, A. Bizzeti, P. M. Bjørnstad, T. Blake, F. Blanc, C. Blanks, J. Blouw, S. Blusk, A. Bobrov, V. Bocci, A. Bondar, N. Bondar, W. Bonivento, S. Borghi, A. Borgia, T. J. V. Bowcock, C. Bozzi, T. Brambach, J. van den Brand, J. Bressieux, D. Brett, M. Britsch, T. Britton, N. H. Brook, H. Brown, A. Büchler-Germann, I. Burducea, A. Bursche, J. Buytaert, S. Cadeddu, O. Callot, M. Calvi, M. Calvo Gomez, A. Camboni, P. Campana, A. Carbone, G. Carboni, R. Cardinale, A. Cardini, L. Carson, K. Carvalho Akiba, G. Casse, M. Cattaneo, Ch. Cauet, M. Charles, Ph. Charpentier, N. Chiapolini, K. Ciba, X. Cid Vidal, G. Ciezarek, P. E. L. Clarke, M. Clemencic, H. V. Cliff, J. Closier, C. Coca, V. Coco, J. Cogan, P. Collins, A. Comerma-Montells, F. Constantin, G. Conti, A. Contu, A. Cook, M. Coombes, G. Corti, G. A. Cowan, R. Currie, B. D'Almagne, C. D'Ambrosio, P. David, P. N. Y. David, I. De Bonis, S. De Capua, M. De Cian, F. De Lorenzi, J. M. De Miranda, L. De Paula, P. De Simone, D. Decamp, M. Deckenhoff, H. Degaudenzi, M. Deissenroth, L. Del Buono, C. Deplano, D. Derkach, O. Deschamps, F. Dettori, J. Dickens, H. Dijkstra, P. Diniz Batista, F. Domingo Bonal, S. Donleavy, F. Dordei, A. Dosil Suárez, D. Dossett, A. Dovbnya, F. Dupertuis, R. Dzhelyadin, A. Dziurda, S. Easo, U. Egede, V. Egorychev, S. Eidelman, D. van Eijk, F. Eisele, S. Eisenhardt, R. Ekelhof, L. Eklund, Ch. Elsasser, D. Elsby, D. Esperante Pereira, L. Estéve, A. Falabella, E. Fanchini, C. Färber, G. Fardell, C. Farinelli, S. Farry, V. Fave, V. Fernandez Albor, M. Ferro-Luzzi, S. Filippov, C. Fitzpatrick, M. Fontana, F. Fontanelli, R. Forty, M. Frank, C. Frei, M. Frosini, S. Furcas, A. Gallas Torreira, D. Galli, M. Gandelman, P. Gandini, Y. Gao, J-C. Garnier, J. Garofoli, J. Garra Tico, L. Garrido, D. Gascon, C. Gaspar, N. Gauvin, M. Gersabeck, T. Gershon, Ph. Ghez, V. Gibson, V. V. Gligorov, C. Göbel, D. Golubkov, A. Golutvin, A. Gomes, H. Gordon, M. Grabalosa Gándara, R. Graciani Diaz, L. A. Granado Cardoso, E. Graugés, G. Graziani, A. Grecu, E. Greening, S. Gregson, B. Gui, E. Gushchin, Yu. Guz, T. Gys, G. Haefeli, C. Haen, S. C. Haines, T. Hampson, S. Hansmann-Menzemer, R. Harji, N. Harnew, J. Harrison, P. F. Harrison, J. He, V. Heijne, K. Hennessy, P. Henrard, J. A. Hernando Morata, E. van Herwijnen, E. Hicks, K. Holubyev, P. Hopchev, W. Hulsbergen, P. Hunt, T. Huse, R. S. Huston, D. Hutchcroft, D. Hynds, V. Iakovenko, P. Ilten, J. Imong, R. Jacobsson, A. Jaeger, M. Jahjah Hussein, E. Jans, F. Jansen, P. Jaton, B. Jean-Marie, F. Jing, M. John, D. Johnson, C. R. Jones, B. Jost, M. Kaballo, S. Kandybei, M. Karacson, T. M. Karbach, J. Keaveney, I. R. Kenyon, U. Kerzel, T. Ketel, A. Keune, B. Khanji, Y. M. Kim, M. Knecht, P. Koppenburg, A. Kozlinskiy, L. Kravchuk, K. Kreplin, M. Kreps, G. Krocker, P. Krokovny, F. Kruse, K. Kruzelecki, M. Kucharczyk, T. Kvaratskheliya, V. N. La Thi, D. Lacarrere, G. Lafferty, A. Lai, D. Lambert, R. W. Lambert, E. Lanciotti, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, T. Latham, C. Lazzeroni, R. Le Gac, J. van Leerdam, J. -P. Lees, R. Lefévre, A. Leflat, J. Lefrançois, O. Leroy, T. Lesiak, L. Li, L. Li Gioi, M. Lieng, M. Liles, R. Lindner, C. Linn, B. Liu, G. Liu, J. H. Lopes, E. Lopez Asamar, N. Lopez-March, H. Lu, J. Luisier, A. Mac Raighne, F. Machefert, I. V. Machikhiliyan, F. Maciuc, O. Maev, J. Magnin, S. Malde, R. M. D. Mamunur, G. Manca, G. Mancinelli, N. Mangiafave, U. Marconi, R. Märki, J. Marks, G. Martellotti, A. Martens, L. Martin, A. Martín Sánchez, D. Martinez Santos, A. Massafferri, Z. Mathe, C. Matteuzzi, M. Matveev, E. Maurice, B. Maynard, A. Mazurov, G. McGregor, R. McNulty, C. Mclean, M. Meissner, M. Merk, J. Merkel, R. Messi, S. Miglioranzi, D. A. Milanes, M. -N. Minard, J. Molina Rodriguez, S. Monteil, D. Moran, P. Morawski, R. Mountain, I. Mous, F. Muheim, K. Müller, R. Muresan, B. Muryn, B. Muster, M. Musy, J. Mylroie-Smith, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, I. Nasteva, M. Nedos, M. Needham, N. Neufeld, C. Nguyen-Mau, M. Nicol, V. Niess, N. Nikitin, A. Nomerotski, A. Novoselov, A. Oblakowska-Mucha, V. Obraztsov, S. Oggero, S. Ogilvy, O. Okhrimenko, R. Oldeman, M. Orlandea, J. M. Otalora Goicochea, P. Owen, K. Pal, J. Palacios, A. Palano, M. Palutan, J. Panman, A. Papanestis, M. Pappagallo, C. Parkes, C. J. Parkinson, G. Passaleva, G. D. Patel, M. Patel, S. K. Paterson, G. N. Patrick, C. Patrignani, C. Pavel-Nicorescu, A. Pazos Alvarez, A. Pellegrino, G. Penso, M. Pepe Altarelli, S. Perazzini, D. L. Perego, E. Perez Trigo, A. Pérez-Calero Yzquierdo, P. Perret, M. Perrin-Terrin, G. Pessina, A. Petrella, A. Petrolini, A. Phan, E. Picatoste Olloqui, B. Pie Valls, B. Pietrzyk, T. Pilař, D. Pinci, R. Plackett, S. Playfer, M. Plo Casasus, G. Polok, A. Poluektov, E. Polycarpo, D. Popov, B. Popovici, C. Potterat, A. Powell, T. du Pree, J. Prisciandaro, V. Pugatch, A. Puig Navarro, W. Qian, J. H. Rademacker, B. Rakotomiaramanana, M. S. Rangel, I. Raniuk, G. Raven, S. Redford, M. M. Reid, A. C. dos Reis, S. Ricciardi, K. Rinnert, D. A. Roa Romero, P. Robbe, E. Rodrigues, F. Rodrigues, P. Rodriguez Perez, G. J. Rogers, S. Roiser, V. Romanovsky, M. Rosello, J. Rouvinet, T. Ruf, H. Ruiz, G. Sabatino, J. J. Saborido Silva, N. Sagidova, P. Sail, B. Saitta, C. Salzmann, M. Sannino, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, R. Santinelli, E. Santovetti, M. Sapunov, A. Sarti, C. Satriano, A. Satta, M. Savrie, D. Savrina, P. Schaack, M. Schiller, S. Schleich, M. Schlupp, M. Schmelling, B. Schmidt, O. Schneider, A. Schopper, M. -H. Schune, R. Schwemmer, B. Sciascia, A. Sciubba, M. Seco, A. Semennikov, K. Senderowska, I. Sepp, N. Serra, J. Serrano, P. Seyfert, B. Shao, M. Shapkin, I. Shapoval, P. Shatalov, Y. Shcheglov, T. Shears, L. Shekhtman, O. Shevchenko, V. Shevchenko, A. Shires, R. Silva Coutinho, T. Skwarnicki, A. C. Smith, N. A. Smith, E. Smith, K. Sobczak, F. J. P. Soler, A. Solomin, F. Soomro, B. Souza De Paula, B. Spaan, A. Sparkes, P. Spradlin, F. Stagni, S. Stahl, O. Steinkamp, S. Stoica, S. Stone, B. Storaci, M. Straticiuc, U. Straumann, V. K. Subbiah, S. Swientek, M. Szczekowski, P. Szczypka, T. Szumlak, S. T'Jampens, E. Teodorescu, F. Teubert, C. Thomas, E. Thomas, J. van Tilburg, V. Tisserand, M. Tobin, S. Topp-Joergensen, N. Torr, E. Tournefier, M. T. Tran, A. Tsaregorodtsev, N. Tuning, M. Ubeda Garcia, A. Ukleja, P. Urquijo, U. Uwer, V. Vagnoni, G. Valenti, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, S. Vecchi, J. J. Velthuis, M. Veltri, B. Viaud, I. Videau, X. Vilasis-Cardona, J. Visniakov, A. Vollhardt, D. Volyanskyy, D. Voong, A. Vorobyev, H. Voss, S. Wandernoth, J. Wang, D. R. Ward, N. K. Watson, A. D. Webber, D. Websdale, M. Whitehead, D. Wiedner, L. Wiggers, G. Wilkinson, M. P. Williams, M. Williams, F. F. Wilson, J. Wishahi, M. Witek, W. Witzeling, S. A. Wotton, K. Wyllie, Y. Xie, F. Xing, Z. Xing, Z. Yang, R. Young, O. Yushchenko, M. Zavertyaev, F. Zhang, L. Zhang, W. C. Zhang, Y. Zhang, A. Zhelezov, L. Zhong, E. Zverev, A. Zvyagin
TL;DR
This study measures the prompt production cross-section ratio σ(χ_c2)/σ(χ_c1) for χ_cJ states in pp collisions at √s=7 TeV using LHCb data from 2010. χ_c candidates are reconstructed via χ_c→J/ψγ with J/ψ→μ+μ−, and yields are extracted from unbinned ΔM fits for converted and non-converted photons, then corrected by efficiencies and branching fractions. Polarisation uncertainties are treated through scan weights, and systematic effects from background modeling and MC statistics are quantified. The measured ratio shows a strong pT dependence and is generally consistent with NLO NRQCD at high pT, providing constraints on color-singlet and color-octet production mechanisms in χ_c production.
Abstract
The prompt production of the charmonium $χ_{c1}$ and $χ_{c2}$ mesons has been studied in proton-proton collisions at the Large Hadron Collider at a centre-of-mass energy of $\sqrt{s}=7$ TeV. The $χ_c$ mesons are identified through their decays $χ_c\to J/ψ\,γ$ with $J/ψ\to μ^+ μ^-$ using 36 $\mathrm{pb^{-1}}$ of data collected by the LHCb detector in 2010. The ratio of the prompt production cross-sections for the two $χ_c$ spin states, $σ(χ_{c2})/σ(χ_{c1})$, has been determined as a function of the $J/ψ$ transverse momentum, $p_{\mathrm{T}}^{J/ψ}$, in the range from 2 to 15 GeV/$c$. The results are in agreement with the next-to-leading order non-relativistic QCD model at high $p_{\mathrm{T}}^{J/ψ}$ and lie consistently above the pure leading-order colour singlet prediction.
