Measurement of the $${\eta _{c}} (1S)$$ production cross-section in $$p $$ $$p $$ collisions at $$\sqrt{s} = 13$$ $$\, \text {TeV}$$
Authors: Aaij R. , Beteta C. Abellán , Ackernley T. , Adeva B. , Adinolfi M. , Afsharnia H. , Aidala C. A. , Aiola S. , Ajaltouni Z. , Akar S. , Albicocco P. , Albrecht J. , Alessio F. , Alexander M. , Albero A. Alfonso , Alkhazov G. , Cartelle P. Alvarez , Alves A. A. , Amato S. , Amhis Y. , An L. , Anderlini L. , Andreassi G. , Andreotti M. , Archilli F. , d’Argent P. , Romeu J. Arnau , Artamonov A. , Artuso M. , Arzymatov K. , Aslanides E. , Atzeni M. , Audurier B. , Bachmann S. , Back J. J. , Baker S. , Balagura V. , Baldini W. , Baranov A. , Barlow R. J. , Barsuk S. , Barter W. , Bartolini M. , Baryshnikov F. , Bassi G. , Batozskaya V. , Batsukh B. , Battig A. , Battista V. , Bay A. , Becker M. , Bedeschi F. , Bediaga I. , Beiter A. , Bel L. J. , Belavin V. , Belin S. , Beliy N. , Bellee V. , Belous K. , Belyaev I. , Ben-Haim E. , Bencivenni G. , Benson S. , Beranek S. , Berezhnoy A. , Bernet R. , Berninghoff D. , Bernstein H. C. , Bertholet E. , Bertolin A. , Betancourt C. , Betti F. , Bettler M. O. , Beuzekom M. van , Bezshyiko Ia. , Bhasin S. , Bhom J. , Bieker M. S. , Bifani S. , Billoir P. , Birnkraut A. , Bizzeti A. , Bjørn M. , Blago M. P. , Blake T. , Blanc F. , Blusk S. , Bobulska D. , Bocci V. , Garcia O. Boente , Boettcher T. , Boldyrev A. , Bondar A. , Bondar N. , Borghi S. , Borisyak M. , Borsato M. , Borsuk J. T. , Boubdir M. , Bowcock T. J. V. , Bozzi C. , Braun S. , Rodriguez A. Brea , Brodski M. , Brodzicka J. , Gonzalo A. Brossa , Brundu D. , Buchanan E. , Buonaura A. , Burr C. , Bursche A. , Butter J. S. , Buytaert J. , Byczynski W. , Cadeddu S. , Cai H. , Calabrese R. , Cali S. , Calladine R. , Calvi M. , Gomez M. Calvo , Camboni A. , Campana P. , Perez D. H. Campora , Capriotti L. , Carbone A. , Carboni G. , Cardinale R. , Cardini A. , Carniti P. , Akiba K. Carvalho , Vidal A. Casais , Casse G. , Cattaneo M. , Cavallero G. , Cenci R. , Cerasoli J. , Chapman M. G. , Charles M. , Charpentier Ph. , Chatzikonstantinidis G. , Chefdeville M. , Chekalina V. , Chen C. , Chen S. , Chernov A. , Chitic S.-G. , Chobanova V. , Chrzaszcz M. , Chubykin A. , Ciambrone P. , Cicala M. F. , Vidal X. Cid , Ciezarek G. , Cindolo F. , Clarke P. E. L. , Clemencic M. , Cliff H. V. , Closier J. , Cobbledick J. L. , Coco V. , Coelho J. A. B. , Cogan J. , Cogneras E. , Cojocariu L. , Collins P. , Colombo T. , Comerma-Montells A. , Contu A. , Cooke N. , Coombs G. , Coquereau S. , Corti G. , Sobral C. M. Costa , Couturier B. , Cowan G. A. , Craik D. C. , Crocombe A. , Torres M. Cruz , Currie R. , D’Ambrosio C. , Da Silva C. L. , Dall’Occo E. , Dalseno J. , Danilina A. , Davis A. , De Aguiar Francisco O. , De Bruyn K. , De Capua S. , De Cian M. , De Miranda J. M. , De Paula L. , De Serio M. , De Simone P. , Dean C. T. , Dean W. , Decamp D. , Buono L. Del , Delaney B. , Dembinski H.-P. , Demmer M. , Dendek A. , Denysenko V. , Derkach D. , Deschamps O. , Desse F. , Dettori F. , Dey B. , Canto A. Di , Nezza P. Di , Didenko S. , Dijkstra H. , Dordei F. , Dorigo M. , Suárez A. Dosil , Douglas L. , Dovbnya A. , Dreimanis K. , Dudek M. W. , Dufour L. , Dujany G. , Durante P. , Durham J. M. , Dutta D. , Dzhelyadin R. , Dziewiecki M. , Dziurda A. , Dzyuba A. , Easo S. , Egede U. , Egorychev V. , Eidelman S. , Eisenhardt S. , Ek-In S. , Ekelhof R. , Eklund L. , Ely S. , Ene A. , Escher S. , Esen S. , Evans T. , Falabella A. , Fan J. , Farley N. , Farry S. , Fazzini D. , Declara P. Fernandez , Prieto A. Fernandez , Ferrari F. , Lopes L. Ferreira , Rodrigues F. Ferreira , Sole S. Ferreres , Ferro-Luzzi M. , Filippov S. , Fini R. A. , Fiorini M. , Firlej M. , Fischer K. M. , Fitzpatrick C. , Fiutowski T. , Fleuret F. , Fontana M. , Fontanelli F. , Forty R. , Lima V. Franco , Sevilla M. Franco , Frank M. , Frei C. , Friday D. A. , Fu J. , Funk W. , Féo M. , Gabriel E. , Torreira A. Gallas , Galli D. , Gallorini S. , Gambetta S. , Gan Y. , Gandelman M. , Gandini P. , Gao Y. , Martin L. M. Garcia , Plana B. Garcia , Rosales F. A. Garcia , Pardiñas J. García , Tico J. Garra , Garrido L. , Gascon D. , Gaspar C. , Gazzoni G. , Gerick D. , Gersabeck E. , Gersabeck M. , Gershon T. , Gerstel D. , Ghez Ph. , Gibson V. , Gioventù A. , Girard O. G. , Gironell P. Gironella , Giubega L. , Giugliano C. , Gizdov K. , Gligorov V. V. , Golubkov D. , Golutvin A. , Gomes A. , Gorelov I. V. , Gotti C. , Govorkova E. , Grabowski J. P. , Diaz R. Graciani , Grammatico T. , Cardoso L. A. Granado , Graugés E. , Graverini E. , Graziani G. , Grecu A. , Greim R. , Griffith P. , Grillo L. , Gruber L. , Cazon B. R. Gruberg , Gu C. , Guo X. , Gushchin E. , Guth A. , Guz Yu. , Gys T. , Göbel C. , Hadavizadeh T. , Hadjivasiliou C. , Haefeli G. , Haen C. , Haines S. C. , Hamilton P. M. , Han Q. , Han X. , Hancock T. H. , Hansmann-Menzemer S. , Harnew N. , Harrison T. , Hart R. , Hasse C. , Hatch M. , He J. , Hecker M. , Heijhoff K. , Heinicke K. , Heister A. , Hennequin A. M. , Hennessy K. , Henry L. , Herwijnen E. van , Heuel J. , Heß M. , Hicheur A. , Charman R. Hidalgo , Hill D. , Hilton M. , Hopchev P. H. , Hu J. , Hu W. , Huang W. , Huard Z. C. , Hulsbergen W. , Humair T. , Hunter R. J. , Hushchyn M. , Hutchcroft D. , Hynds D. , Ibis P. , Idzik M. , Ilten P. , Inglessi A. , Inyakin A. , Ivshin K. , Jacobsson R. , Jakobsen S. , Jalocha J. , Jans E. , Jashal B. K. , Jawahery A. , Jevtic V. , Jiang F. , John M. , Johnson D. , Jones C. R. , Jost B. , Jurik N. , Kandybei S. , Karacson M. , Kariuki J. M. , Karodia S. , Kazeev N. , Kecke M. , Keizer F. , Kelsey M. , Kenzie M. , Ketel T. , Khanji B. , Kharisova A. , Khurewathanakul C. , Kim K. E. , Kirn T. , Kirsebom V. S. , Klaver S. , Klimaszewski K. , Koliiev S. , Kondybayeva A. , Konoplyannikov A. , Kopciewicz P. , Kopecna R. , Koppenburg P. , Kostiuk I. , Kot O. , Kotriakhova S. , Kozeiha M. , Kravchuk L. , Krawczyk R. D. , Kreps M. , Kress F. , Kretzschmar S. , Krokovny P. , Krupa W. , Krzemien W. , Kucewicz W. , Kucharczyk M. , Kudryavtsev V. , Kuindersma H. S. , Kunde G. J. , Kuonen A. K. , Kvaratskheliya T. , Lacarrere D. , Lafferty G. , Lai A. , Lancierini D. , Lane J. J. , Lanfranchi G. , Langenbruch C. , Latham T. , Lazzari F. , Lazzeroni C. , Gac R. Le , Leflat A. , Lefèvre R. , Lemaitre F. , Leroy O. , Lesiak T. , Leverington B. , Li H. , Li P.-R. , Li X. , Li Y. , Li Z. , Liang X. , Lindner R. , Ling P. , Lionetto F. , Lisovskyi V. , Liu G. , Liu X. , Loh D. , Loi A. , Castro J. Lomba , Longstaff I. , Lopes J. H. , Loustau G. , Lovell G. H. , Lucchesi D. , Martinez M. Lucio , Luo Y. , Lupato A. , Luppi E. , Lupton O. , Lusiani A. , Lyu X. , Ma R. , Maccolini S. , Machefert F. , Maciuc F. , Macko V. , Mackowiak P. , Maddrell-Mander S. , Mohan L. R. Madhan , Maev O. , Maevskiy A. , Maguire K. , Maisuzenko D. , Majewski M. W. , Malde S. , Malecki B. , Malinin A. , Maltsev T. , Malygina H. , Manca G. , Mancinelli G. , Escalero R. Manera , Manuzzi D. , Marangotto D. , Maratas J. , Marchand J. F. , Marconi U. , Mariani S. , Benito C. Marin , Marinangeli M. , Marino P. , Marks J. , Marshall P. J. , Martellotti G. , Martinazzoli L. , Martinelli M. , Santos D. Martinez , Vidal F. Martinez , Massafferri A. , Materok M. , Matev R. , Mathad A. , Mathe Z. , Matiunin V. , Matteuzzi C. , Mattioli K. R. , Mauri A. , Maurice E. , McCann M. , Mcconnell L. , McNab A. , McNulty R. , Mead J. V. , Meadows B. , Meaux C. , Meinert N. , Melnychuk D. , Meloni S. , Merk M. , Merli A. , Michielin E. , Milanes D. A. , Millard E. , Minard M.-N. , Mineev O. , Minzoni L. , Mitchell S. E. , Mitreska B. , Mitzel D. S. , Mogini A. , Moise R. D. , Mombächer T. , Monroy I. A. , Monteil S. , Morandin M. , Morello G. , Morello M. J. , Moron J. , Morris A. B. , Morris A. G. , Mountain R. , Mu H. , Muheim F. , Mukherjee M. , Mulder M. , Murphy C. H. , Murray D. , Muzzetto P. , Mödden A. , Müller D. , Müller J. , Müller K. , Müller V. , Naik P. , Nakada T. , Nandakumar R. , Nandi A. , Nanut T. , Nasteva I. , Needham M. , Neri N. , Neubert S. , Neufeld N. , Newcombe R. , Nguyen T. D. , Nguyen-Mau C. , Niel E. M. , Nieswand S. , Nikitin N. , Nolte N. S. , O’Hanlon D. P. , Oblakowska-Mucha A. , Obraztsov V. , Ogilvy S. , Oldeman R. , Onderwater C. J. G. , Osborn J. D. , Ossowska A. , Goicochea J. M. Otalora , Ovsiannikova T. , Owen P. , Oyanguren A. , Pais P. R. , Pajero T. , Palano A. , Palutan M. , Panshin G. , Papanestis A. , Pappagallo M. , Pappalardo L. L. , Parker W. , Parkes C. , Passaleva G. , Pastore A. , Patel M. , Patrignani C. , Pearce A. , Pellegrino A. , Penso G. , Altarelli M. Pepe , Perazzini S. , Pereima D. , Perret P. , Pescatore L. , Petridis K. , Petrolini A. , Petrov A. , Petrucci S. , Petruzzo M. , Pietrzyk B. , Pietrzyk G. , Pikies M. , Pili M. , Pinci D. , Pinzino J. , Pisani F. , Piucci A. , Placinta V. , Playfer S. , Plews J. , Casasus M. Plo , Polci F. , Lener M. Poli , Poliakova M. , Poluektov A. , Polukhina N. , Polyakov I. , Polycarpo E. , Pomery G. J. , Ponce S. , Popov A. , Popov D. , Poslavskii S. , Prasanth K. , Promberger L. , Prouve C. , Pugatch V. , Navarro A. Puig , Pullen H. , Punzi G. , Qian W. , Qin J. , Quagliani R. , Quintana B. , Raab N. V. , Rachwal B. , Rademacker J. H. , Rama M. , Pernas M. Ramos , Rangel M. S. , Ratnikov F. , Raven G. , Salzgeber M. Ravonel , Reboud M. , Redi F. , Reichert S. , Reis A. C. dos , Reiss F. , Alepuz C. Remon , Ren Z. , Renaudin V. , Ricciardi S. , Richards S. , Rinnert K. , Robbe P. , Robert A. , Rodrigues A. B. , Rodrigues E. , Lopez J. A. Rodriguez , Roehrken M. , Roiser S. , Rollings A. , Romanovskiy V. , Lamas M. Romero , Vidal A. Romero , Roth J. D. , Rotondo M. , Rudolph M. S. , Ruf T. , Vidal J. Ruiz , Ryzka J. , Silva J. J. Saborido , Sagidova N. , Saitta B. , Gras C. Sanchez , Mayordomo C. Sanchez , Sedes B. Sanmartin , Santacesaria R. , Rios C. Santamarina , Santimaria M. , Santovetti E. , Sarpis G. , Sarti A. , Satriano C. , Satta A. , Saur M. , Savrina D. , Smead L. G. Scantlebury , Schael S. , Schellenberg M. , Schiller M. , Schindler H. , Schmelling M. , Schmelzer T. , Schmidt B. , Schneider O. , Schopper A. , Schreiner H. F. , Schubiger M. , Schulte S. , Schune M. H. , Schwemmer R. , Sciascia B. , Sciubba A. , Sellam S. , Semennikov A. , Sergi A. , Serra N. , Serrano J. , Sestini L. , Seuthe A. , Seyfert P. , Shangase D. M. , Shapkin M. , Shears T. , Shekhtman L. , Shevchenko V. , Shmanin E. , Shupperd J. D. , Siddi B. G. , Coutinho R. Silva , de Oliveira L. Silva , Simi G. , Simone S. , Skiba I. , Skidmore N. , Skwarnicki T. , Slater M. W. , Smeaton J. G. , Smith E. , Smith I. T. , Smith M. , Soares M. , Lavra L. Soares , Sokoloff M. D. , Soler F. J. P. , De Paula B. Souza , Spaan B. , Norella E. Spadaro , Spradlin P. , Stagni F. , Stahl M. , Stahl S. , Stefko P. , Stefkova S. , Steinkamp O. , Stemmle S. , Stenyakin O. , Stepanova M. , Stevens H. , Stone S. , Stracka S. , Stramaglia M. E. , Straticiuc M. , Straumann U. , Strokov S. , Sun J. , Sun L. , Sun Y. , Svihra P. , Swientek K. , Szabelski A. , Szumlak T. , Szymanski M. , T’Jampens S. , Taneja S. , Tang Z. , Tekampe T. , Tellarini G. , Teubert F. , Thomas E. , Thomson K. A. , Tilburg J. van , Tilley M. J. , Tisserand V. , Tobin M. , Tolk S. , Tomassetti L. , Tonelli D. , Tou D. Y. , Tournefier E. , Traill M. , Tran M. T. , Trisovic A. , Tsaregorodtsev A. , Tuci G. , Tully A. , Tuning N. , Ukleja A. , Usachov A. , Ustyuzhanin A. , Uwer U. , Vagner A. , Vagnoni V. , Valassi A. , Valat S. , Valenti G. , Hecke H. Van , Hulse C. B. Van , Gomez R. Vazquez , Regueiro P. Vazquez , Vecchi S. , Veghel M. van , Velthuis J. J. , Veltri M. , Venkateswaran A. , Vernet M. , Veronesi M. , Vesterinen M. , Barbosa J. V. Viana , Vieira D. , Diaz M. Vieites , Viemann H. , Vilasis-Cardona X. , Vitkovskiy A. , Volkov V. , Vollhardt A. , Bruch D. Vom , Voneki B. , Vorobyev A. , Vorobyev V. , Voropaev N. , de Vries J. A. , Sierra C. Vázquez , Waldi R. , Walsh J. , Wang J. , Wang J. , Wang M. , Wang Y. , Wang Z. , Ward D. R. , Wark H. M. , Watson N. K. , Websdale D. , Weiden A. , Weisser C. , Westhenry B. D. C. , White D. J. , Whitehead M. , Wiedner D. , Wilkinson G. , Wilkinson M. , Williams I. , Williams M. R. J. , Williams M. , Williams T. , Wilson F. F. , Winn M. , Wislicki W. , Witek M. , Wormser G. , Wotton S. A. , Wu H. , Wyllie K. , Xiang Z. , Xiao D. , Xie Y. , Xing H. , Xu A. , Xu L. , Xu M. , Xu Q. , Xu Z. , Xu Z. , Yang Z. , Yang Z. , Yao Y. , Yeomans L. E. , Yin H. , Yu J. , Yuan X. , Yushchenko O. , Zarebski K. A. , Zavertyaev M. , Zdybal M. , Zeng M. , Zhang D. , Zhang L. , Zhang S. , Zhang W. C. , Zhang Y. , Zhelezov A. , Zheng Y. , Zhou X. , Zhou Y. , Zhovkovska V. , Zhu X. , Zhukov V. , Zonneveld J. B. , Zucchelli S. 
Published: March 2020

Using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 2.0 $$\, \text {fb} ^{-1}$$fb-1, collected by the LHCb experiment, the production of the $${\eta _{c}} (1S)$$ηc(1S) state in proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of $$\sqrt{s} =13$$s=13$$\, \text {TeV}$$TeV is studied in the rapidity range $$2.0< y < 4.5$$2.0<y<4.5 and in the transverse momentum range $$6.5< p_{\mathrm {T}} < 14.0 \, \text {GeV} $$6.5<pT<14.0GeV. The cross-section for prompt production of $${\eta _{c}} (1S)$$ηc(1S) mesons relative to that of the $${J /\psi }$$J/ψ meson is measured using the $$p $$p$$\overline{{p}}$$p¯ decay mode and is found to be $${\sigma _{{\eta _{c}} (1S)}/\sigma _{{{J /\psi }}} = 1.69 \pm 0.15 \pm 0.10 \pm 0.18}$$σηc(1S)/σJ/ψ=1.69±0.15±0.10±0.18. The quoted uncertainties are, in order, statistical, systematic and due to uncertainties on the branching fractions of the $${{J /\psi }} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $$J/ψ→pp¯ and $${\eta _{c}} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $$ηc→pp¯ decays. The prompt $${\eta _{c}} (1S)$$ηc(1S) production cross-section is determined to be $${\sigma _{{\eta _{c}} (1S)} = 1.26 \pm 0.11\pm 0.08\pm 0.14 \,\upmu \text {b}}$$σηc(1S)=1.26±0.11±0.08±0.14μb, where the last uncertainty includes that on the $${J /\psi }$$J/ψ meson cross-section. The ratio of the branching fractions of $$b $$b-hadron decays to the $${\eta _{c}} (1S)$$ηc(1S) and $${J /\psi }$$J/ψ states is measured to be $${{\mathcal {B}} _{{b} \!\rightarrow {\eta _{c}} X}/{\mathcal {B}} _{{b} \!\rightarrow {{J /\psi }} X} = 0.48 \pm 0.03 \pm 0.03 \pm 0.05}$$Bb→ηcX/Bb→J/ψX=0.48±0.03±0.03±0.05, where the last uncertainty is due to those on the branching fractions of the $${{J /\psi }} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $$J/ψ→pp¯ and $${\eta _{c}} \!\rightarrow {p} {\overline{{p}}} $$ηc→pp¯ decays. The difference between the $${J /\psi }$$J/ψ and $${\eta _{c}} (1S)$$ηc(1S) masses is also determined to be $$113.0 \pm 0.7 \pm 0.1 \, \text {MeV} $$113.0±0.7±0.1MeV, which is the most precise single measurement of this quantity to date.