Charm production and fragmentation fractions at midrapidity in pp collisions at $$ \sqrt{\textrm{s}} $$ = 13 TeV
Authors:   The ALICE collaboration, Acharya S. , Adamová D. , Aglieri Rinella G. , Agnello M. , Agrawal N. , Ahammed Z. , Ahmad S. , Ahn S. U. , Ahuja I. , Akindinov A. , Al-Turany M. , Aleksandrov D. , Alessandro B. , Alfanda H. M. , Alfaro Molina R. , Ali B. , Alici A. , Alizadehvandchali N. , Alkin A. , Alme J. , Alocco G. , Alt T. , Altamura A. R. , Altsybeev I. , Anaam M. N. , Andrei C. , Andreou N. , Andronic A. , Anguelov V. , Antinori F. , Antonioli P. , Apadula N. , Aphecetche L. , Appelshäuser H. , Arata C. , Arcelli S. , Aresti M. , Arnaldi R. , Arneiro J. G. M. C. A. , Arsene I. C. , Arslandok M. , Augustinus A. , Averbeck R. , Azmi M. D. , Baba H. , Badalà A. , Bae J. , Baek Y. W. , Bai X. , Bailhache R. , Bailung Y. , Bala R. , Balbino A. , Baldisseri A. , Balis B. , Banerjee D. , Banoo Z. , Barbera R. , Barile F. , Barioglio L. , Barlou M. , Barman B. , Barnaföldi G. G. , Barnby L. S. , Barret V. , Barreto L. , Bartels C. , Barth K. , Bartsch E. , Bastid N. , Basu S. , Batigne G. , Battistini D. , Batyunya B. , Bauri D. , Bazo Alba J. L. , Bearden I. G. , Beattie C. , Becht P. , Behera D. , Belikov I. , Bell Hechavarria A. D. C. , Bellini F. , Bellwied R. , Belokurova S. , Beltran Y. A. V. , Bencedi G. , Beole S. , Berdnikov Y. , Berdnikova A. , Bergmann L. , Besoiu M. G. , Betev L. , Bhaduri P. P. , Bhasin A. , Bhat M. A. , Bhattacharjee B. , Bianchi L. , Bianchi N. , Bielčík J. , Bielčíková J. , Biernat J. , Bigot A. P. , Bilandzic A. , Biro G. , Biswas S. , Bize N. , Blair J. T. , Blau D. , Blidaru M. B. , Bluhme N. , Blume C. , Boca G. , Bock F. , Bodova T. , Bogdanov A. , Boi S. , Bok J. , Boldizsár L. , Bombara M. , Bond P. M. , Bonomi G. , Borel H. , Borissov A. , Borquez Carcamo A. G. , Bossi H. , Botta E. , Bouziani Y. E. M. , Bratrud L. , Braun-Munzinger P. , Bregant M. , Broz M. , Bruno G. E. , Buckland M. D. , Budnikov D. , Buesching H. , Bufalino S. , Buhler P. , Burmasov N. , Buthelezi Z. , Bylinkin A. , Bysiak S. A. , Cai M. , Caines H. , Caliva A. , Calvo Villar E. , Camacho J. M. M. , Camerini P. , Canedo F. D. M. , Carabas M. , Carballo A. A. , Carnesecchi F. , Caron R. , Carvalho L. A. D. , Castillo Castellanos J. , Catalano F. , Ceballos Sanchez C. , Chakaberia I. , Chakraborty P. , Chandra S. , Chapeland S. , Chartier M. , Chattopadhyay S. , Chattopadhyay S. , Chavez T. G. , Cheng T. , Cheshkov C. , Cheynis B. , Chibante Barroso V. , Chinellato D. D. , Chizzali E. S. , Cho J. , Cho S. , Chochula P. , Choudhury D. , Christakoglou P. , Christensen C. H. , Christiansen P. , Chujo T. , Ciacco M. , Cicalo C. , Cindolo F. , Ciupek M. R. , Clai G. , Colamaria F. , Colburn J. S. , Colella D. , Colocci M. , Concas M. , Conesa Balbastre G. , Conesa del Valle Z. , Contin G. , Contreras J. G. , Coquet M. L. , Cortese P. , Cosentino M. R. , Costa F. , Costanza S. , Cot C. , Crkovská J. , Crochet P. , Cruz-Torres R. , Cui P. , Dainese A. , Danisch M. C. , Danu A. , Das P. , Das P. , Das S. , Dash A. R. , Dash S. , David R. M. H. , De Caro A. , de Cataldo G. , de Cuveland J. , De Falco A. , De Gruttola D. , De Marco N. , De Martin C. , De Pasquale S. , Deb R. , Del Grande R. , Dello Stritto L. , Deng W. , Dhankher P. , Di Bari D. , Di Mauro A. , Diab B. , Diaz R. A. , Dietel T. , Ding Y. , Ditzel J. , Divià R. , Dixit D. U. , Djuvsland Ø. , Dmitrieva U. , Dobrin A. , Dönigus B. , Dubinski J. M. , Dubla A. , Dudi S. , Dupieux P. , Durkac M. , Dzalaiova N. , Eder T. M. , Ehlers R. J. , Eisenhut F. , Ejima R. , Elia D. , Erazmus B. , Ercolessi F. , Espagnon B. , Eulisse G. , Evans D. , Evdokimov S. , Fabbietti L. , Faggin M. , Faivre J. , Fan F. , Fan W. , Fantoni A. , Fasel M. , Fecchio P. , Feliciello A. , Feofilov G. , Fernández Téllez A. , Ferrandi L. , Ferrer M. B. , Ferrero A. , Ferrero C. , Ferretti A. , Feuillard V. J. G. , Filova V. , Finogeev D. , Fionda F. M. , Flor F. , Flores A. N. , Foertsch S. , Fokin I. , Fokin S. , Fragiacomo E. , Frajna E. , Fuchs U. , Funicello N. , Furget C. , Furs A. , Fusayasu T. , Gaardhøje J. J. , Gagliardi M. , Gago A. M. , Gahlaut T. , Galvan C. D. , Gangadharan D. R. , Ganoti P. , Garabatos C. , Garcia A. T. , Garcia J. R. A. , Garcia-Solis E. , Gargiulo C. , Gasik P. , Gautam A. , Gay Ducati M. B. , Germain M. , Ghimouz A. , Ghosh C. , Giacalone M. , Gioachin G. , Giubellino P. , Giubilato P. , Glaenzer A. M. C. , Glässel P. , Glimos E. , Goh D. J. Q. , Gonzalez V. , Gorgon M. , Goswami K. , Gotovac S. , Grabski V. , Graczykowski L. K. , Grecka E. , Grelli A. , Grigoras C. , Grigoriev V. , Grigoryan S. , Grosa F. , Grosse-Oetringhaus J. F. , Grosso R. , Grund D. , Grunwald N. A. , Guardiano G. G. , Guernane R. , Guilbaud M. , Gulbrandsen K. , Gündem T. , Gunji T. , Guo W. , Gupta A. , Gupta R. , Gupta R. , Guzman S. P. , Gwizdziel K. , Gyulai L. , Hadjidakis C. , Haider F. U. , Haidlova S. , Hamagaki H. , Hamdi A. , Han Y. , Hanley B. G. , Hannigan R. , Hansen J. , Haque M. R. , Harris J. W. , Harton A. , Hassan H. , Hatzifotiadou D. , Hauer P. , Havener L. B. , Heckel S. T. , Hellbär E. , Helstrup H. , Hemmer M. , Herman T. , Herrera Corral G. , Herrmann F. , Herrmann S. , Hetland K. F. , Heybeck B. , Hillemanns H. , Hippolyte B. , Hoffmann F. W. , Hofman B. , Hong G. H. , Horst M. , Horzyk A. , Hou Y. , Hristov P. , Hughes C. , Huhn P. , Huhta L. M. , Humanic T. J. , Hutson A. , Hutter D. , Ilkaev R. , Ilyas H. , Inaba M. , Innocenti G. M. , Ippolitov M. , Isakov A. , Isidori T. , Islam M. S. , Ivanov M. , Ivanov M. , Ivanov V. , Iversen K. E. , Jablonski M. , Jacak B. , Jacazio N. , Jacobs P. M. , Jadlovska S. , Jadlovsky J. , Jaelani S. , Jahnke C. , Jakubowska M. J. , Janik M. A. , Janson T. , Ji S. , Jia S. , Jimenez A. A. P. , Jonas F. , Jones D. M. , Jowett J. M. , Jung J. , Jung M. , Junique A. , Jusko A. , Kabus M. J. , Kaewjai J. , Kalinak P. , Kalteyer A. S. , Kalweit A. , Kaplin V. , Karasu Uysal A. , Karatovic D. , Karavichev O. , Karavicheva T. , Karczmarczyk P. , Karpechev E. , Kebschull U. , Keidel R. , Keijdener D. L. D. , Keil M. , Ketzer B. , Khade S. S. , Khan A. M. , Khan S. , Khanzadeev A. , Kharlov Y. , Khatun A. , Khuntia A. , Kileng B. , Kim B. , Kim C. , Kim D. J. , Kim E. J. , Kim J. , Kim J. S. , Kim J. , Kim J. , Kim M. , Kim S. , Kim T. , Kimura K. , Kirsch S. , Kisel I. , Kiselev S. , Kisiel A. , Kitowski J. P. , Klay J. L. , Klein J. , Klein S. , Klein-Bösing C. , Kleiner M. , Klemenz T. , Kluge A. , Knospe A. G. , Kobdaj C. , Kollegger T. , Kondratyev A. , Kondratyeva N. , Kondratyuk E. , Konig J. , Konigstorfer S. A. , Konopka P. J. , Kornakov G. , Koryciak S. D. , Kotliarov A. , Kovalenko V. , Kowalski M. , Kozhuharov V. , Králik I. , Kravčáková A. , Krcal L. , Krivda M. , Krizek F. , Krizkova Gajdosova K. , Kroesen M. , Krüger M. , Krupova D. M. , Kryshen E. , Kučera V. , Kuhn C. , Kuijer P. G. , Kumaoka T. , Kumar D. , Kumar L. , Kumar N. , Kumar S. , Kundu S. , Kurashvili P. , Kurepin A. , Kurepin A. B. , Kuryakin A. , Kushpil S. , Kweon M. J. , Kwon Y. , La Pointe S. L. , La Rocca P. , Lakrathok A. , Lamanna M. , Langoy R. , Larionov P. , Laudi E. , Lautner L. , Lavicka R. , Lea R. , Lee H. , Legrand I. , Legras G. , Lehrbach J. , Lelek T. M. , Lemmon R. C. , León Monzón I. , Lesch M. M. , Lesser E. D. , Lévai P. , Li X. , Lien J. , Lietava R. , Likmeta I. , Lim B. , Lim S. H. , Lindenstruth V. , Lindner A. , Lippmann C. , Liu D. H. , Liu J. , Liveraro G. S. S. , Lofnes I. M. , Loizides C. , Lokos S. , Lomker J. , Loncar P. , Lopez X. , López Torres E. , Lu P. , Lugo F. V. , Luhder J. R. , Lunardon M. , Luparello G. , Ma Y. G. , Mager M. , Maire A. , Makariev M. V. , Malaev M. , Malfattore G. , Malik N. M. , Malik Q. W. , Malik S. K. , Malinina L. , Mallick D. , Mallick N. , Mandaglio G. , Mandal S. K. , Manko V. , Manso F. , Manzari V. , Mao Y. , Marcjan R. W. , Margagliotti G. V. , Margotti A. , Marín A. , Markert C. , Martinengo P. , Martínez M. I. , Martínez García G. , Martins M. P. P. , Masciocchi S. , Masera M. , Masoni A. , Massacrier L. , Massen O. , Mastroserio A. , Matonoha O. , Mattiazzo S. , Matyja A. , Mayer C. , Mazuecos A. L. , Mazzaschi F. , Mazzilli M. , Mdhluli J. E. , Melikyan Y. , Menchaca-Rocha A. , Mendez J. E. M. , Meninno E. , Menon A. S. , Meres M. , Mhlanga S. , Miake Y. , Micheletti L. , Mihaylov D. L. , Mikhaylov K. , Mishra A. N. , Miśkowiec D. , Modak A. , Mohanty B. , Mohisin Khan M. , Molander M. A. , Monira S. , Mordasini C. , Moreira De Godoy D. A. , Morozov I. , Morsch A. , Mrnjavac T. , Muccifora V. , Muhuri S. , Mulligan J. D. , Mulliri A. , Munhoz M. G. , Munzer R. H. , Murakami H. , Murray S. , Musa L. , Musinsky J. , Myrcha J. W. , Naik B. , Nambrath A. I. , Nandi B. K. , Nania R. , Nappi E. , Nassirpour A. F. , Nath A. , Nattrass C. , Naydenov M. N. , Neagu A. , Negru A. , Nellen L. , Nepeivoda R. , Nese S. , Neskovic G. , Nicassio N. , Nielsen B. S. , Nielsen E. G. , Nikolaev S. , Nikulin S. , Nikulin V. , Noferini F. , Noh S. , Nomokonov P. , Norman J. , Novitzky N. , Nowakowski P. , Nyanin A. , Nystrand J. , Ogino M. , Oh S. , Ohlson A. , Okorokov V. A. , Oleniacz J. , Oliveira Da Silva A. C. , Onnerstad A. , Oppedisano C. , Ortiz Velasquez A. , Otwinowski J. , Oya M. , Oyama K. , Pachmayer Y. , Padhan S. , Pagano D. , Paić G. , Palasciano A. , Panebianco S. , Park H. , Park H. , Park J. , Parkkila J. E. , Patley Y. , Patra R. N. , Paul B. , Pei H. , Peitzmann T. , Peng X. , Pennisi M. , Perciballi S. , Peresunko D. , Perez G. M. , Pestov Y. , Petrov V. , Petrovici M. , Pezzi R. P. , Piano S. , Pikna M. , Pillot P. , Pinazza O. , Pinsky L. , Pinto C. , Pisano S. , Płoskoń M. , Planinic M. , Pliquett F. , Poghosyan M. G. , Polichtchouk B. , Politano S. , Poljak N. , Pop A. , Porteboeuf-Houssais S. , Pozdniakov V. , Pozos I. Y. , Pradhan K. K. , Prasad S. K. , Prasad S. , Preghenella R. , Prino F. , Pruneau C. A. , Pshenichnov I. , Puccio M. , Pucillo S. , Pugelova Z. , Qiu S. , Quaglia L. , Ragoni S. , Rai A. , Rakotozafindrabe A. , Ramello L. , Rami F. , Ramirez S. A. R. , Rancien T. A. , Rasa M. , Räsänen S. S. , Rath R. , Rauch M. P. , Ravasenga I. , Read K. F. , Reckziegel C. , Redelbach A. R. , Redlich K. , Reetz C. A. , Rehman A. , Reidt F. , Reme-Ness H. A. , Rescakova Z. , Reygers K. , Riabov A. , Riabov V. , Ricci R. , Richter M. , Riedel A. A. , Riegler W. , Riffero A. G. , Ristea C. , Rodriguez M. V. , Rodríguez Cahuantzi M. , Røed K. , Rogalev R. , Rogochaya E. , Rogoschinski T. S. , Rohr D. , Röhrich D. , Rojas P. F. , Rojas Torres S. , Rokita P. S. , Romanenko G. , Ronchetti F. , Rosano A. , Rosas E. D. , Roslon K. , Rossi A. , Roy A. , Roy S. , Rubini N. , Ruggiano D. , Rui R. , Russek P. G. , Russo R. , Rustamov A. , Ryabinkin E. , Ryabov Y. , Rybicki A. , Rytkonen H. , Ryu J. , Rzesa W. , Saarimaki O. A. M. , Sadhu S. , Sadovsky S. , Saetre J. , Šafařík K. , Saha P. , Saha S. K. , Saha S. , Sahoo B. , Sahoo B. , Sahoo R. , Sahoo S. , Sahu D. , Sahu P. K. , Saini J. , Sajdakova K. , Sakai S. , Salvan M. P. , Sambyal S. , Samitz D. , Sanna I. , Saramela T. B. , Sarma P. , Sarritzu V. , Sarti V. M. , Sas M. H. P. , Sawan S. , Schambach J. , Scheid H. S. , Schiaua C. , Schicker R. , Schmah A. , Schmidt C. , Schmidt H. R. , Schmidt M. O. , Schmidt M. , Schmidt N. V. , Schmier A. R. , Schotter R. , Schröter A. , Schukraft J. , Schweda K. , Scioli G. , Scomparin E. , Seger J. E. , Sekiguchi Y. , Sekihata D. , Selina M. , Selyuzhenkov I. , Senyukov S. , Seo J. J. , Serebryakov D. , Šerkšnytė L. , Sevcenco A. , Shaba T. J. , Shabetai A. , Shahoyan R. , Shangaraev A. , Sharma A. , Sharma B. , Sharma D. , Sharma H. , Sharma M. , Sharma S. , Sharma S. , Sharma U. , Shatat A. , Sheibani O. , Shigaki K. , Shimomura M. , Shin J. , Shirinkin S. , Shou Q. , Sibiriak Y. , Siddhanta S. , Siemiarczuk T. , Silva T. F. , Silvermyr D. , Simantathammakul T. , Simeonov R. , Singh B. , Singh B. , Singh K. , Singh R. , Singh R. , Singh R. , Singh S. , Singh V. K. , Singhal V. , Sinha T. , Sitar B. , Sitta M. , Skaali T. B. , Skorodumovs G. , Slupecki M. , Smirnov N. , Snellings R. J. M. , Solheim E. H. , Song J. , Sonnabend C. , Soramel F. , Soto-hernandez A. B. , Spijkers R. , Sputowska I. , Staa J. , Stachel J. , Stan I. , Steffanic P. J. , Stiefelmaier S. F. , Stocco D. , Storehaug I. , Stratmann P. , Strazzi S. , Sturniolo A. , Stylianidis C. P. , Suaide A. A. P. , Suire C. , Sukhanov M. , Suljic M. , Sultanov R. , Sumberia V. , Sumowidagdo S. , Swain S. , Szarka I. , Szymkowski M. , Taghavi S. F. , Taillepied G. , Takahashi J. , Tambave G. J. , Tang S. , Tang Z. , Tapia Takaki J. D. , Tapus N. , Tarasovicova L. A. , Tarzila M. G. , Tassielli G. F. , Tauro A. , Tejeda Muñoz G. , Telesca A. , Terlizzi L. , Terrevoli C. , Thakur S. , Thomas D. , Tikhonov A. , Timmins A. R. , Tkacik M. , Tkacik T. , Toia A. , Tokumoto R. , Tomohiro K. , Topilskaya N. , Toppi M. , Tork T. , Torres V. V. , Torres Ramos A. G. , Trifiró A. , Triolo A. S. , Tripathy S. , Tripathy T. , Trogolo S. , Trubnikov V. , Trzaska W. H. , Trzcinski T. P. , Tumkin A. , Turrisi R. , Tveter T. S. , Ullaland K. , Ulukutlu B. , Uras A. , Usai G. L. , Vala M. , Valle N. , van Doremalen L. V. R. , van Leeuwen M. , van Veen C. A. , van Weelden R. J. G. , Vande Vyvre P. , Varga D. , Varga Z. , Vasileiou M. , Vasiliev A. , Vázquez Doce O. , Vazquez Rueda O. , Vechernin V. , Vercellin E. , Vergara Limón S. , Verma R. , Vermunt L. , Vértesi R. , Verweij M. , Vickovic L. , Vilakazi Z. , Villalobos Baillie O. , Villani A. , Vinogradov A. , Virgili T. , Virta M. M. O. , Vislavicius V. , Vodopyanov A. , Volkel B. , Völkl M. A. , Voloshin K. , Voloshin S. A. , Volpe G. , von Haller B. , Vorobyev I. , Vozniuk N. , Vrláková J. , Wan J. , Wang C. , Wang D. , Wang Y. , Wang Y. , Wegrzynek A. , Weiglhofer F. T. , Wenzel S. C. , Wessels J. P. , Weyhmiller S. L. , Wiechula J. , Wikne J. , Wilk G. , Wilkinson J. , Willems G. A. , Windelband B. , Winn M. , Wright J. R. , Wu W. , Wu Y. , Xu R. , Yadav A. , Yadav A. K. , Yalcin S. , Yamaguchi Y. , Yang S. , Yano S. , Yin Z. , Yoo I.-K. , Yoon J. H. , Yu H. , Yuan S. , Yuncu A. , Zaccolo V. , Zampolli C. , Zanone F. , Zardoshti N. , Zarochentsev A. , Závada P. , Zaviyalov N. , Zhalov M. , Zhang B. , Zhang C. , Zhang L. , Zhang S. , Zhang X. , Zhang Y. , Zhang Z. , Zhao M. , Zherebchevskii V. , Zhi Y. , Zhou D. , Zhou Y. , Zhu J. , Zhu Y. , Zugravel S. C. 
Published: December 2023

Abstract

Measurements of the production cross sections of prompt D0, D+, D*+, $$ {\textrm{D}}_{\textrm{s}}^{+} $$

D
s
+

, $$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$

Λ
c
+

, and $$ {\Xi}_{\textrm{c}}^{+} $$

Ξ
c
+

charm hadrons at midrapidity in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$

s

= 13 TeV with the ALICE detector are presented. The D-meson cross sections as a function of transverse momentum (pT) are provided with improved precision and granularity. The ratios of pT-differential meson production cross sections based on this publication and on measurements at different rapidity and collision energy provide a constraint on gluon parton distribution functions at low values of Bjorken-x (10−5–10−4). The measurements of $$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$

Λ
c
+

($$ {\Xi}_{\textrm{c}}^{+} $$

Ξ
c
+

) baryon production extend the measured pT intervals down to pT = 0(3) GeV/c. These measurements are used to determine the charm-quark fragmentation fractions and the $$ \textrm{c}\overline{\textrm{c}} $$
c

c
¯

production cross section at midrapidity (|y| < 0.5) based on the sum of the cross sections of the weakly-decaying ground-state charm hadrons D0, D+, $$ {\textrm{D}}_{\textrm{s}}^{+} $$

D
s
+

, $$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$

Λ
c
+

, $$ {\Xi}_{\textrm{c}}^0 $$

Ξ
c
0

and, for the first time, $$ {\Xi}_{\textrm{c}}^{+} $$

Ξ
c
+

, and of the strongly-decaying J/ψ mesons. The first measurements of $$ {\Xi}_{\textrm{c}}^{+} $$

Ξ
c
+

and $$ {\Sigma}_{\textrm{c}}^{0,++} $$

Σ
c

0
,
+
+

fragmentation fractions at midrapidity are also reported. A significantly larger fraction of charm quarks hadronising to baryons is found compared to e+e− and ep collisions. The $$ \textrm{c}\overline{\textrm{c}} $$
c

c
¯

production cross section at midrapidity is found to be at the upper bound of state-of-the-art perturbative QCD calculations.