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Title: Constraints on the χ c 1 versus χ c 2 Polarizations in Proton-Proton Collisions at s =8 TeV

Journal Article · · Physical Review Letters
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The polarizations of promptly produced $$\chi_\mathrm{c1}$$ and $$\chi_\mathrm{c2}$$ mesons are studied using data collected by the CMS experiment at the LHC, in proton-proton collisions at $$\sqrt{s} = $$ 8 TeV. The $$\chi_\mathrm{c}$$ states are reconstructed via their radiative decays $$\chi_\mathrm{c} \to \mathrm{J}/\psi\, \gamma$$, with the photons being measured through conversions to e$^+$$e$$^-$, which allows the two states to be well resolved. The polarizations are measured in the helicity frame, through the analysis of the $$\chi_\mathrm{c2}$$ to $$\chi_\mathrm{c1}$$ yield ratio as a function of the polar or azimuthal angle of the positive muon emitted in the $$\mathrm{J}/\psi \to \mu^+\mu^-$$ decay, in three ranges of $$\mathrm{J}/\psi$$ transverse momentum. While no differences are seen between the two states in terms of azimuthal decay angle distributions, they are observed to have significantly different polar anisotropies. The measurement favors a scenario where at least one of the two states is strongly polarized along the helicity quantization axis, in agreement with nonrelativistic quantum chromodynamics predictions. This is the first measurement of significantly polarized quarkonia produced at high transverse momentum.

Research Organization:
Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (United States); Univ. of Colorado, Boulder, CO (United States); Brown Univ., Providence, RI (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP); National Science Foundation (NSF)
Contributing Organization:
CMS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359; SC0010005; SC0010010
OSTI ID:
1596061
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1616666
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-20-042-CMS; arXiv:1912.07706; CMS-BPH-13-001; CERN-EP-2019-279; PRLTAO; oai:inspirehep.net:1771351; TRN: US2101823
Journal Information:
Physical Review Letters, Vol. 124, Issue 16; ISSN 0031-9007
Publisher:
American Physical Society (APS)Copyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English
Citation Metrics:
Cited by: 7 works
Citation information provided by
Web of Science

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