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Title: Measurement of B c ( 2 S ) + and B c * ( 2 S ) + cross section ratios in proton-proton collisions at s = 13 TeV

Abstract

The ratios of the $${B}_{c}{(2S)}^{+}$$ to $${B}_{c}^{+}$$, $${B}_{c}^{*}{(2S)}^{+}$$ to $${B}_{c}^{+}$$, and $${B}_{c}^{*}{(2S)}^{+}$$ to $${B}_{c}{(2S)}^{+}$$ production cross sections are measured in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}=13\text{ }\text{ }\mathrm{TeV}$$, using a data sample collected by the CMS experiment at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 143 fb-1. The three measurements are made in the $${B}_{c}^{+}$$ meson phase space region defined by the transverse momentum pT and absolute rapidity |γ| < 2.4, with the excited $${B}_{c}^{*}{(2S)}^{+}$$ states reconstructed through the $${B}_{c}^{*}$$+π+π- followed by the $${B}_{c}^{+}$$ → J/ψπ+ and J/ψ → μ+ μ- decays. The $${B}_{c}{(2S)}^{+}$$ to $${B}_{c}^{+}$$, $${B}_{c}^{*}{(2S)}^{+}$$ to $${B}_{c}^{+}$$, and $${B}_{c}^{*}{(2S)}^{+}$$ to $${B}_{c}{(2S)}^{+}$$ cross section ratios, including the unknown $${B}_{c}^{(*)}{(2S)}^{+}$$ → $${B}_{c}^{(*)}$$ + π+π- branching fractions, are (3.47 ± 0.63 (stat) ± 0.33 (syst))%, (4.69 ± 0.71 (stat) ± 0.56 (syst))%, and 1.35 ± 0.32 (stat) ± 0.09 (syst) , respectively. None of these ratios shows a significant dependence on the pT or |γ| of the $${B}_{c}^{+}$$ meson. The normalized dipion invariant mass distributions from the decays $${B}_{c}^{*}{(2S)}^{+}$$ → $${B}_{c}^{(*)}$$+ π+π- are also reported.

Authors:
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Publication Date:
Research Org.:
Univ. of Colorado, Boulder, CO (United States); Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (United States)
Sponsoring Org.:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Org.:
CMS Collaboration
OSTI Identifier:
1721782
Alternate Identifier(s):
OSTI ID: 1670457
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-20-517-CMS; CMS-BPH-19-001; CERN-EP-2020-146
Journal ID: ISSN 2470-0010; TRN: US2204842
Grant/Contract Number:  
SC0010005; AC02-07CH11359
Resource Type:
Accepted Manuscript
Journal Name:
Physical Review D
Additional Journal Information:
Journal Volume: 102; Journal Issue: 9; Journal ID: ISSN 2470-0010
Publisher:
American Physical Society (APS)
Country of Publication:
United States
Language:
English
Subject:
72 PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS

Citation Formats

Sirunyan, A.  M., Tumasyan, A., Adam, W., Ambrogi, F., Bergauer, T., Dragicevic, M., Erö, J., Escalante Del Valle, A., Frühwirth, R., Jeitler, M., Krammer, N., Lechner, L., Liko, D., Madlener, T., Mikulec, I., Pitters, F.  M., Rad, N., Schieck, J., Schöfbeck, R., Spanring, M., Templ, S., Waltenberger, W., Wulz, C. -E., Zarucki, M., Chekhovsky, V., Litomin, A., Makarenko, V., Suarez Gonzalez, J., Darwish, M.  R., De Wolf, E.  A., Di Croce, D., Janssen, X., Kello, T., Lelek, A., Pieters, M., Rejeb Sfar, H., Van Haevermaet, H., Van Mechelen, P., Van Putte, S., Van Remortel, N., Blekman, F., Bols, E.  S., Chhibra, S.  S., D’Hondt, J., De Clercq, J., Lontkovskyi, D., Lowette, S., Marchesini, I., Moortgat, S., Morton, A., Python, Q., Tavernier, S., Van Doninck, W., Van Mulders, P., Beghin, D., Bilin, B., Clerbaux, B., De Lentdecker, G., Dorney, B., Favart, L., Grebenyuk, A., Kalsi, A.  K., Makarenko, I., Moureaux, L., Pétré, L., Popov, A., Postiau, N., Starling, E., Thomas, L., Vander Velde, C., Vanlaer, P., Vannerom, D., Wezenbeek, L., Cornelis, T., Dobur, D., Gruchala, M., Khvastunov, I., Niedziela, M., Roskas, C., Skovpen, K., Tytgat, M., Verbeke, W., Vermassen, B., Vit, M., Bruno, G., Bury, F., Caputo, C., David, P., Delaere, C., Delcourt, M., Donertas, I.  S., Giammanco, A., Lemaitre, V., Mondal, K., Prisciandaro, J., Taliercio, A., Teklishyn, M., Vischia, P., Wuyckens, S., Zobec, J., Alves, G.  A., Correia Silva, G., Hensel, C., Moraes, A., Aldá Júnior, W.  L., Belchior Batista Das Chagas, E., Brandao Malbouisson, H., Carvalho, W., Chinellato, J., Coelho, E., Da Costa, E.  M., Da Silveira, G.  G., De Jesus Damiao, D., Fonseca De Souza, S., Martins, J., Matos Figueiredo, D., Medina Jaime, M., Melo De Almeida, M., Mora Herrera, C., Mundim, L., Nogima, H., Rebello Teles, P., Sanchez Rosas, L.  J., Santoro, A., Silva Do Amaral, S.  M., Sznajder, A., Thiel, M., Tonelli Manganote, E.  J., Torres Da Silva De Araujo, F., Vilela Pereira, A., Bernardes, C.  A., Calligaris, L., Tomei, T. 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Ö., Savoy-Navarro, A., Titov, M., Yu, G.  B., Ahuja, S., Beaudette, F., Bonanomi, M., Buchot Perraguin, A., Busson, P., Charlot, C., Davignon, O., Diab, B., Falmagne, G., Granier de Cassagnac, R., Hakimi, A., Kucher, I., Lobanov, A., Martin Perez, C., Nguyen, M., Ochando, C., Paganini, P., Rembser, J., Salerno, R., Sauvan, J.  B., Sirois, Y., Zabi, A., Zghiche, A., Agram, J. -L., Andrea, J., Bloch, D., Bourgatte, G., Brom, J. -M., Chabert, E.  C., Collard, C., Fontaine, J. -C., Gelé, D., Goerlach, U., Grimault, C., Le Bihan, A. -C., Van Hove, P., Asilar, E., Beauceron, S., Bernet, C., Boudoul, G., Camen, C., Carle, A., Chanon, N., Contardo, D., Depasse, P., El Mamouni, H., Fay, J., Gascon, S., Gouzevitch, M., Ille, B., Jain, Sa, Laktineh, I.  B., Lattaud, H., Lesauvage, A., Lethuillier, M., Mirabito, L., Torterotot, L., Touquet, G., Vander Donckt, M., Viret, S., Lomidze, D., Tsamalaidze, Z., Feld, L., Klein, K., Lipinski, M., Meuser, D., Pauls, A., Preuten, M., Rauch, M.  P., Schulz, 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K.  J., Rieger, O., Schleper, P., Schumann, S., Schwandt, J., Schwarz, D., Sonneveld, J., Stadie, H., Steinbrück, G., Vormwald, B., Zoi, I., Baselga, M., Baur, S., Bechtel, J., Berger, T., Butz, E., Caspart, R., Chwalek, T., De Boer, W., Dierlamm, A., Droll, A., El Morabit, K., Faltermann, N., Flöh, K., Giffels, M., Gottmann, A., Hartmann, F., Heidecker, C., Husemann, U., Iqbal, M.  A., Katkov, I., Keicher, P., Koppenhöfer, R., Maier, S., Metzler, M., Mitra, S., Müller, D., Müller, Th, Musich, M., Quast, G., Rabbertz, K., Rauser, J., Savoiu, D., Schäfer, D., Schnepf, M., Schröder, M., Seith, D., Shvetsov, I., Simonis, H.  J., Ulrich, R., Wassmer, M., Weber, M., Wolf, R., Wozniewski, S., Anagnostou, G., Asenov, P., Daskalakis, G., Geralis, T., Kyriakis, A., Loukas, D., Paspalaki, G., Stakia, A., Diamantopoulou, M., Karasavvas, D., Karathanasis, G., Kontaxakis, P., Koraka, C.  K., Manousakis-katsikakis, A., Panagiotou, A., Papavergou, I., Saoulidou, N., Theofilatos, K., Vellidis, K., 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Abbrescia, M., Aly, R., Aruta, C., Colaleo, A., Creanza, D., De Filippis, N., De Palma, M., Di Florio, A., Di Pilato, A., Elmetenawee, W., Fiore, L., Gelmi, A., Gul, M., Iaselli, G., Ince, M., Lezki, S., Maggi, G., Maggi, M., Margjeka, I., Mastrapasqua, V., Merlin, J.  A., My, S., Nuzzo, S., Pompili, A., Pugliese, G., Ranieri, A., Selvaggi, G., Silvestris, L., Simone, F.  M., Venditti, R., Verwilligen, P., Abbiendi, G., Battilana, C., Bonacorsi, D., Borgonovi, L., Braibant-Giacomelli, S., Campanini, R., Capiluppi, P., Castro, A., Cavallo, F.  R., Ciocca, C., Cuffiani, M., Dallavalle, G.  M., Diotalevi, T., Fabbri, F., Fanfani, A., Fontanesi, E., Giacomelli, P., Giommi, L., Grandi, C., Guiducci, L., Iemmi, F., Lo Meo, S., Marcellini, S., Masetti, G., Navarria, F.  L., Perrotta, A., Primavera, F., Rovelli, T., Siroli, G.  P., Tosi, N., Albergo, S., Costa, S., Di Mattia, A., Potenza, R., Tricomi, A., Tuve, C., Barbagli, G., Cassese, A., Ceccarelli, R., Ciulli, V., Civinini, C., D’Alessandro, R., Fiori, F., Focardi, E., Latino, G., Lenzi, P., Lizzo, M., Meschini, M., Paoletti, S., Seidita, R., Sguazzoni, G., Viliani, L., Benussi, L., Bianco, S., Piccolo, D., Bozzo, M., Ferro, F., Mulargia, R., Robutti, E., Tosi, S., Benaglia, A., Beschi, A., Brivio, F., Cetorelli, F., Ciriolo, V., De Guio, F., Dinardo, M.  E., Dini, P., Gennai, S., Ghezzi, A., Govoni, P., Guzzi, L., Malberti, M., Malvezzi, S., Menasce, D., Monti, F., Moroni, L., Paganoni, M., Pedrini, D., Ragazzi, S., Tabarelli de Fatis, T., Valsecchi, D., Zuolo, D., Buontempo, S., Cavallo, N., De Iorio, A., Fabozzi, F., Fienga, F., Iorio, A.  O. M., Lista, L., Meola, S., Paolucci, P., Rossi, B., Sciacca, C., Voevodina, E., Azzi, P., Bacchetta, N., Bisello, D., Boletti, A., Bragagnolo, A., Carlin, R., Checchia, P., De Castro Manzano, P., Dorigo, T., Gasparini, F., Gasparini, U., Hoh, S.  Y., Layer, L., Margoni, M., Meneguzzo, A.  T., Presilla, M., Ronchese, P., Rossin, R., Simonetto, F., Strong, G., Tiko, A., Tosi, M., YARAR, H., Zanetti, M., Zotto, P., Zucchetta, A., Zumerle, G., Aime‘, C., Braghieri, A., Calzaferri, S., Fiorina, D., Montagna, P., Ratti, S.  P., Re, V., Ressegotti, M., Riccardi, C., Salvini, P., Vai, I., Vitulo, P., Biasini, M., Bilei, G.  M., Ciangottini, D., Fanò, L., Lariccia, P., Mantovani, G., Mariani, V., Menichelli, M., Moscatelli, F., Piccinelli, A., Rossi, A., Santocchia, A., Spiga, D., Tedeschi, T., Androsov, K., Azzurri, P., Bagliesi, G., Bertacchi, V., Bianchini, L., Boccali, T., Castaldi, R., Ciocci, M.  A., Dell’Orso, R., Di Domenico, M.  R., Donato, S., Giannini, L., Giassi, A., Grippo, M.  T., Ligabue, F., Manca, E., Mandorli, G., Messineo, A., Palla, F., Ramirez-Sanchez, G., Rizzi, A., Rolandi, G., Roy Chowdhury, S., Scribano, A., Shafiei, N., Spagnolo, P., Tenchini, R., Tonelli, G., Turini, N., Venturi, A., Verdini, P.  G., Cavallari, F., Cipriani, M., Del Re, D., Di Marco, E., Diemoz, M., Longo, E., Meridiani, P., Organtini, G., Pandolfi, F., Paramatti, R., Quaranta, C., Rahatlou, S., Rovelli, C., Santanastasio, F., Soffi, L., Tramontano, R., Amapane, N., Arcidiacono, R., Argiro, S., Arneodo, M., Bartosik, N., Bellan, R., Bellora, A., Biino, C., Cappati, A., Cartiglia, N., Cometti, S., Costa, M., Covarelli, R., Demaria, N., Kiani, B., Legger, F., Mariotti, C., Maselli, S., Migliore, E., Monaco, V., Monteil, E., Monteno, M., Obertino, M.  M., Ortona, G., Pacher, L., Pastrone, N., Pelliccioni, M., Pinna Angioni, G.  L., Ruspa, M., Salvatico, R., Siviero, F., Sola, V., Solano, A., Soldi, D., Staiano, A., Trocino, D., Belforte, S., Candelise, V., Casarsa, M., Cossutti, F., Da Rold, A., Della Ricca, G., Vazzoler, F., Dogra, S., Huh, C., Kim, B., Kim, D.  H., Kim, G.  N., Lee, J., Lee, S.  W., Moon, C.  S., Oh, Y.  D., Pak, S.  I., Radburn-Smith, B.  C., Sekmen, S., Yang, Y.  C., Kim, H., Moon, D.  H., Francois, B., Kim, T.  J., Park, J., Cho, S., Choi, S., Go, Y., Ha, S., Hong, B., Lee, K., Lee, K.  S., Lim, J., Park, J., Park, S.  K., Yoo, J., Goh, J., Gurtu, A., Kim, H.  S., Kim, Y., Almond, J., Bhyun, J.  H., Choi, J., Jeon, S., Kim, J., Kim, J.  S., Ko, S., Kwon, H., Lee, H., Lee, K., Lee, S., Nam, K., Oh, B.  H., Oh, M., Oh, S.  B., Seo, H., Yang, U. K., Yoon, I., Jeon, D., Kim, J.  H., Ko, B., Lee, J.  S. H., Park, I.  C., Roh, Y., Song, D., Watson, I.  J., Yoo, H.  D., Choi, Y., Hwang, C., Jeong, Y., Lee, H., Lee, Y., Yu, I., Veckalns, V., Juodagalvis, A., Rinkevicius, A., Tamulaitis, G., Wan Abdullah, W.  A. T., Yusli, M.  N., Zolkapli, Z., Benitez, J.  F., Castaneda Hernandez, A., Murillo Quijada, J.  A., Valencia Palomo, L., Castilla-Valdez, H., De La Cruz-Burelo, E., Heredia-De La Cruz, I., Lopez-Fernandez, R., Mondragon Herrera, C.  A., Perez Navarro, D.  A., Sanchez-Hernandez, A., Carrillo Moreno, S., Oropeza Barrera, C., Ramirez-Garcia, M., Vazquez Valencia, F., Eysermans, J., Pedraza, I., Salazar Ibarguen, H.  A., Uribe Estrada, C., Morelos Pineda, A., Mijuskovic, J., Raicevic, N., Krofcheck, D., Bheesette, S., Butler, P.  H., Ahmad, A., Asghar, M.  I., Awan, M.  I. M., Hoorani, H.  R., Khan, W.  A., Shah, M.  A., Shoaib, M., Waqas, M., Avati, V., Grzanka, L., Malawski, M., Bialkowska, H., Bluj, M., Boimska, B., Frueboes, T., Górski, M., Kazana, M., Szleper, M., Traczyk, P., Zalewski, P., Bunkowski, K., Byszuk, A., Doroba, K., Kalinowski, A., Konecki, M., Krolikowski, J., Olszewski, M., Walczak, M., Araujo, M., Bargassa, P., Bastos, D., Faccioli, P., Gallinaro, M., Hollar, J., Leonardo, N., Niknejad, T., Seixas, J., Shchelina, K., Toldaiev, O., Varela, J., Afanasiev, S., Bunin, P., Gavrilenko, M., Golutvin, I., Gorbunov, I., Kamenev, A., Karjavine, V., Lanev, A., Malakhov, A., Matveev, V., Moisenz, P., Palichik, V., Perelygin, V., Savina, M., Seitova, D., Shalaev, V., Shmatov, S., Shulha, S., Smirnov, V., Teryaev, O., Voytishin, N., Zarubin, A., Zhizhin, I., Gavrilov, G., Golovtcov, V., Ivanov, Y., Kim, V., Kuznetsova, E., Murzin, V., Oreshkin, V., Smirnov, I., Sosnov, D., Sulimov, V., Uvarov, L., Volkov, S., Vorobyev, A., Andreev, Yu, Dermenev, A., Gninenko, S., Golubev, N., Karneyeu, A., Kirsanov, M., Krasnikov, N., Pashenkov, A., Pivovarov, G., Tlisov, D., Toropin, A., Epshteyn, V., Gavrilov, V., Lychkovskaya, N., Nikitenko, A., Popov, V., Safronov, G., Spiridonov, A., Stepennov, A., Toms, M., Vlasov, E., Zhokin, A., Aushev, T., Chistov, R., Danilov, M., Oskin, A., Parygin, P., Polikarpov, S., Andreev, V., Azarkin, M., Dremin, I., Kirakosyan, M., Terkulov, A., Belyaev, A., Boos, E., Dubinin, M., Dudko, L., Ershov, A., Gribushin, A., Klyukhin, V., Kodolova, O., Lokhtin, I., Obraztsov, S., Petrushanko, S., Savrin, V., Snigirev, A., Blinov, V., Dimova, T., Kardapoltsev, L., Ovtin, I., Skovpen, Y., Azhgirey, I., Bayshev, I., Kachanov, V., Kalinin, A., Konstantinov, D., Petrov, V., Ryutin, R., Sobol, A., Troshin, S., Tyurin, N., Uzunian, A., Volkov, A., Babaev, A., Iuzhakov, A., Okhotnikov, V., Sukhikh, L., Borchsh, V., Ivanchenko, V., Tcherniaev, E., Adzic, P., Cirkovic, P., Dordevic, M., Milenovic, P., Milosevic, J., Aguilar-Benitez, M., Alcaraz Maestre, J., Álvarez Fernández, A., Bachiller, I., Barrio Luna, M., Bedoya, Cristina F., Brochero Cifuentes, J.  A., Carrillo Montoya, C.  A., Cepeda, M., Cerrada, M., Colino, N., De La Cruz, B., Delgado Peris, A., Fernández Ramos, J.  P., Flix, J., Fouz, M.  C., García Alonso, A., Gonzalez Lopez, O., Goy Lopez, S., Hernandez, J.  M., Josa, M.  I., León Holgado, J., Moran, D., Navarro Tobar, Á., Pérez-Calero Yzquierdo, A., Puerta Pelayo, J., Redondo, I., Romero, L., Sánchez Navas, S., Soares, M.  S., Triossi, A., Urda Gómez, L., Willmott, C., Albajar, C., de Trocóniz, J.  F., Reyes-Almanza, R., Alvarez Gonzalez, B., Cuevas, J., Erice, C., Fernandez Menendez, J., Folgueras, S., Gonzalez Caballero, I., Palencia Cortezon, E., Ramón Álvarez, C., Ripoll Sau, J., Rodríguez Bouza, V., Sanchez Cruz, S., Trapote, A., Cabrillo, I.  J., Calderon, A., Chazin Quero, B., Duarte Campderros, J., Fernandez, M., Fernández Manteca, P.  J., Gomez, G., Martinez Rivero, C., Martinez Ruiz del Arbol, P., Matorras, F., Piedra Gomez, J., Prieels, C., Ricci-Tam, F., Rodrigo, T., Ruiz-Jimeno, A., Scodellaro, L., Vila, I., Vizan Garcia, J.  M., Jayananda, MK, Kailasapathy, B., Sonnadara, D.  U. J., Wickramarathna, DDC, Dharmaratna, W.  G. D., Liyanage, K., Perera, N., Wickramage, N., Aarrestad, T.  K., Abbaneo, D., Akgun, B., Auffray, E., Auzinger, G., Baechler, J., Baillon, P., Ball, A.  H., Barney, D., Bendavid, J., Beni, N., Bianco, M., Bocci, A., Bortignon, P., Bossini, E., Brondolin, E., Camporesi, T., Cerminara, G., Cristella, L., d’Enterria, D., Dabrowski, A., Daci, N., Daponte, V., David, A., De Roeck, A., Deile, M., Di Maria, R., Dobson, M., Dünser, M., Dupont, N., Elliott-Peisert, A., Emriskova, N., Fallavollita, F., Fasanella, D., Fiorendi, S., Franzoni, G., Fulcher, J., Funk, W., Giani, S., Gigi, D., Gill, K., Glege, F., Gouskos, L., Guilbaud, M., Gulhan, D., Haranko, M., Hegeman, J., Iiyama, Y., Innocente, V., James, T., Janot, P., Kaspar, J., Kieseler, J., Komm, M., Kratochwil, N., Lange, C., Lecoq, P., Long, K., Lourenço, C., Malgeri, L., Mannelli, M., Massironi, A., Meijers, F., Mersi, S., Meschi, E., Moortgat, F., Mulders, M., Ngadiuba, J., Niedziela, J., Orfanelli, S., Orsini, L., Pantaleo, F., Pape, L., Perez, E., Peruzzi, M., Petrilli, A., Petrucciani, G., Pfeiffer, A., Pierini, M., Rabady, D., Racz, A., Rieger, M., Rovere, M., Sakulin, H., Salfeld-Nebgen, J., Scarfi, S., Schäfer, C., Schwick, C., Selvaggi, M., Sharma, A., Silva, P., Snoeys, W., Sphicas, P., Steggemann, J., Summers, S., Tavolaro, V.  R., Treille, D., Tsirou, A., Van Onsem, G.  P., Vartak, A., Verzetti, M., Wozniak, K.  A., Zeuner, W.  D., Caminada, L., Erdmann, W., Horisberger, R., Ingram, Q., Kaestli, H.  C., Kotlinski, D., Langenegger, U., Rohe, T., Backhaus, M., Berger, P., Calandri, A., Chernyavskaya, N., De Cosa, A., Dissertori, G., Dittmar, M., Donegà, M., Dorfer, C., Gadek, T., Gómez Espinosa, T.  A., Grab, C., Hits, D., Lustermann, W., Lyon, A. -M., Manzoni, R.  A., Meinhard, M.  T., Micheli, F., Nessi-Tedaldi, F., Pauss, F., Perovic, V., Perrin, G., Perrozzi, L., Pigazzini, S., Ratti, M.  G., Reichmann, M., Reissel, C., Reitenspiess, T., Ristic, B., Ruini, D., Sanz Becerra, D.  A., Schönenberger, M., Stampf, V., Vesterbacka Olsson, M.  L., Wallny, R., Zhu, D.  H., Ams