Measurement of J/ψ -pair production in pp collisions at √s = 13 TeV and study of gluon transverse-momentum dependent PDFs

Aaij, R. et al. (2024) Measurement of J/ψ -pair production in pp collisions at √s = 13 TeV and study of gluon transverse-momentum dependent PDFs. Journal of High Energy Physics, 2024(3), 88. (doi: 10.1007/JHEP03(2024)088)

Abstract

The production cross-section of J/ψ pairs in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of √s = 13 TeV is measured using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 4.2 fb−1 collected by the LHCb experiment. The measurement is performed with both J/ψ mesons in the transverse momentum range 0 < pT< 14 GeV/c and rapidity range 2.0 < y < 4.5. The cross-section of this process is measured to be 16.36 ± 0.28 (stat) ± 0.88 (syst) nb. The contributions from single-parton scattering and double-parton scattering are separated based on the dependence of the cross-section on the absolute rapidity difference ∆y between the two J/ψ mesons. The effective cross-section of double-parton scattering is measured to be σeff = 13.1 ± 1.8 (stat) ± 2.3 (syst) mb. The distribution of the azimuthal angle ϕCS of one of the J/ψ mesons in the Collins-Soper frame and the pT-spectrum of the J/ψ pairs are also measured for the study of the gluon transverse-momentum dependent distributions inside protons. The extracted values of ⟨cos 2ϕCS⟩ and ⟨cos 4ϕCS⟩ are consistent with zero, but the presence of azimuthal asymmetry at a few percent level is allowed.

• Item Type: Articles
• Keywords: Hadron-hadron scattering, QCD, quarkonium, multi-parton interactions.
• Status: Published
• Refereed: Yes
• Glasgow Author(s) Enlighten ID: Seman Bobulska, Dana and Alexander, Dr Michael and Soler, Professor Paul and Robertson, Mr Gary and Docheva, Aleksandrina and Whitehead, Dr Mark and Schiller, Dr Manuel and McHugh, Niall and Friday, David and Douglas, Lauren and Spradlin, Dr Patrick and Nur, Havva Hasret and Cooke, Miss Naomi and Eklund, Prof Lars and Grillo, Dr Lucia
• Authors: Aaij, R., Abdelmotteleb, A. S. W., Abellan Beteta, C., Abudinén, F., Ackernley, T., Adeva, B., Adinolfi, M., Adlarson, P., Afsharnia, H., Agapopoulou, C., Aidala, C. A., Ajaltouni, Z., Akar, S., Akiba, K., Albicocco, P., Albrecht, J., Alessio, F., Alexander, M., Alfonso Albero, A., Aliouche, Z., Alvarez Cartelle, P., Amalric, R., Amato, S., Amey, J. L., Amhis, Y., An, L., Anderlini, L., Andersson, M., Andreianov, A., Andreola, P., Andreotti, M., Andreou, D., Anelli, A., Ao, D., Archilli, F., Arguedas Cuendis, S., Artamonov, A., Artuso, M., Aslanides, E., Atzeni, M., Audurier, B., Bacher, D., Bachiller Perea, I., Bachmann, S., Bachmayer, M., Back, J. J., Bailly-reyre, A., Baladron Rodriguez, P., Balagura, V., Baldini, W., Baptista de Souza Leite, J., Barbetti, M., Barbosa, I. R., Barlow, R. J., Barsuk, S., Barter, W., Bartolini, M., Baryshnikov, F., Basels, J. M., Bassi, G., Batsukh, B., Battig, A., Bay, A., Beck, A., Becker, M., Bedeschi, F., Bediaga, I. 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L., Cocha Toapaxi, C., Coco, V., Cogan, J., Cogneras, E., Cojocariu, L., Collins, P., Colombo, T., Comerma-Montells, A., Congedo, L., Contu, A., Cooke, N., Corredoira, I., Correia, A., Corti, G., Cottee Meldrum, J. J., Couturier, B., Craik, D. C., Cruz Torres, M., Currie, R., Da Silva, C. L., Dadabaev, S., Dai, L., Dai, X., Dall’Occo, E., Dalseno, J., D’Ambrosio, C., Daniel, J., Danilina, A., d’Argent, P., Davidson, A., Davies, J. E., Davis, A., De Aguiar Francisco, O., De Angelis, C., de Boer, J., De Bruyn, K., De Capua, S., De Cian, M., De Freitas Carneiro Da Graca, U., De Lucia, E., De Miranda, J. M., De Paula, L., De Serio, M., De Simone, D., De Simone, P., De Vellis, F., de Vries, J. A., Debernardis, F., Decamp, D., Dedu, V., Del Buono, L., Delaney, B., Dembinski, H.-P., Deng, J., Denysenko, V., Deschamps, O., Dettori, F., Dey, B., Di Nezza, P., Diachkov, I., Didenko, S., Ding, S., Dobishuk, V., Docheva, A. D., Dolmatov, A., Dong, C., Donohoe, A. M., Dordei, F., dos Reis, A. 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A., Grillo, L., Gromov, S., Gu, C., Guarise, M., Guittiere, M., Guliaeva, V., Günther, P. A., Guseinov, A.-K., Gushchin, E., Guz, Y., Gys, T., Hadavizadeh, T., Hadjivasiliou, C., Haefeli, G., Haen, C., Haimberger, J., Hajheidari, M., Halewood-leagas, T., Halvorsen, M. M., Hamilton, P. M., Hammerich, J., Han, Q., Han, X., Hansmann-Menzemer, S., Hao, L., Harnew, N., Harrison, T., Hartmann, M., Hasse, C., He, J., Heijhoff, K., Hemmer, F., Henderson, C., Henderson, R. D. L., Hennequin, A. M., Hennessy, K., Henry, L., Herd, J., Heuel, J., Hicheur, A., Hill, D., Hollitt, S. E., Horswill, J., Hou, R., Hou, Y., Howarth, N., Hu, J., Hu, J., Hu, W., Hu, X., Huang, W., Hulsbergen, W., Hunter, R. J., Hushchyn, M., Hutchcroft, D., Idzik, M., Ilin, D., Ilten, P., Inglessi, A., Iniukhin, A., Ishteev, A., Ivshin, K., Jacobsson, R., Jage, H., Jaimes Elles, S. J., Jakobsen, S., Jans, E., Jashal, B. K., Jawahery, A., Jevtic, V., Jiang, E., Jiang, X., Jiang, Y., Jiang, Y. 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• College/School: College of Science and Engineering > School of Physics and Astronomy
• Journal Name: Journal of High Energy Physics
• Publisher: Springer
• ISSN: 1126-6708
• ISSN (Online): 1029-8479
• Published Online: 14 March 2024
• Copyright Holders: Copyright © 2024 CERN, for the benefit of the LHCb Collaboration
• First Published: First published in Journal of High Energy Physics 2024(3): 88
• Publisher Policy: Reproduced under a Creative Commons License