Tracking of charged particles with nanosecond lifetimes at LHCb
Authors:   LHCb Collaboration, Aaij R. , Abdelmotteleb A. S. W. , Beteta C. Abellan , Abudinén F. , Ackernley T. , Adams J. A. , Adefisoye A. A. , Adeva B. , Adinolfi M. , Adlarson P. , Agapopoulou C. , Aidala C. A. , Ajaltouni Z. , Akar S. , Akiba K. , Albicocco P. , Albrecht J. , Alessio F. , Alexander M. , 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. , Argenton M. , 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. , Baladron Rodriguez P. , Balagura V. , Baldini W. , Bao H. , Baptista de Souza Leite J. , Barbetti M. , Barbosa I. R. , Barlow R. J. , Barnyakov M. , Barsuk S. , Barter W. , Bartolini M. , Bartz J. , Baryshnikov F. , Basels J. M. , Bassi G. , Batsukh B. , Bay A. , Beck A. , Becker M. , Bedeschi F. , Bediaga I. B. , Belin S. , Bellee V. , Belous K. , Belov I. , Belyaev I. , Benane G. , Bencivenni G. , Ben-Haim E. , Berezhnoy A. , Bernet R. , Bernet Andres S. , Bertolin A. , Betancourt C. , Betti F. , Bex J. , Bezshyiko Ia. , Bhom J. , Bieker M. S. , Biesuz N. V. , Billoir P. , Biolchini A. , Birch M. , Bishop F. C. R. , Bitadze A. , Bizzeti A. , Blake T. , Blanc F. , Blank J. E. , Blusk S. , Bocharnikov V. , Boelhauve J. A. , Boente Garcia O. , Boettcher T. , Bohare A. , Boldyrev A. , Bolognani C. S. , Bolzonella R. , Bondar N. , Borgato F. , Borghi S. , Borsato M. , Borsuk J. T. , Bouchiba S. A. , Bowcock T. J. V. , Boyer A. , Bozzi C. , Bradley M. J. , Brea Rodriguez A. , Breer N. , Brodzicka J. , Brossa Gonzalo A. , Brown J. , Brundu D. , Buchanan E. , Buonaura A. , Buonincontri L. , Burke A. T. , Burr C. , Butkevich A. , Butter J. S. , Buytaert J. , Byczynski W. , Cadeddu S. , Cai H. , Calabrese R. , Calderon Ramirez S. , Calefice L. , Cali S. , Calvi M. , Calvo Gomez M. , Camargo Magalhaes P. , Cambon Bouzas J. , Campana P. , Campora Perez D. H. , Campoverde Quezada A. F. , Capelli S. , Capriotti L. , Caravaca-Mora R. , Carbone A. , Carcedo Salgado L. , Cardinale R. , Cardini A. , Carniti P. , Carus L. , Casais Vidal A. , Caspary R. , Casse G. , Castro Godinez J. , Cattaneo M. , Cavallero G. , Cavallini V. , Celani S. , Cervenkov D. , Cesare S. , Chadwick A. J. , Chahrour I. , Charles M. , Charpentier Ph. , Chavez Barajas C. A. , Chefdeville M. , Chen C. , Chen S. , Chen Z. , Chernov A. , Chernyshenko S. , Chobanova V. , Cholak S. , Chrzaszcz M. , Chubykin A. , Chulikov V. , Ciambrone P. , Cid Vidal X. , Ciezarek G. , Cifra P. , Clarke P. E. L. , Clemencic M. , Cliff H. V. , Closier J. , 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. , Curras Rivera E. , 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 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. , Dittmann L. , Dobishuk V. , Docheva A. D. , Dong C. , Donohoe A. M. , Dordei F. , dos Reis A. C. , Dowling A. D. , Duan W. , Duda P. , Dudek M. W. , Dufour L. , Duk V. , Durante P. , Duras M. M. , Durham J. M. , Durmus O. D. , Dziurda A. , Dzyuba A. , Easo S. , Eckstein E. , Egede U. , Egorychev A. , Egorychev V. , Eisenhardt S. , Ejopu E. , Eklund L. , Elashri M. , Ellbracht J. , Ely S. , Ene A. , Epple E. , Eschle J. , Esen S. , Evans T. , Fabiano F. , Falcao L. N. , Fan Y. , Fang B. , Fantini L. , Faria M. , Farmer K. , Fazzini D. , Felkowski L. , Feng M. , Feo M. , Fernandez Gomez M. , Fernez A. D. , Ferrari F. , Ferreira Rodrigues F. , Ferrillo M. , Ferro-Luzzi M. , Filippov S. , Fini R. A. , Fiorini M. , Fischer K. M. , Fitzgerald D. S. , Fitzpatrick C. , Fleuret F. , Fontana M. , Foreman L. F. , Forty R. , Foulds-Holt D. , Franco Sevilla M. , Frank M. , Franzoso E. , Frau G. , Frei C. , Friday D. A. , Fu J. , Fuehring Q. , Fujii Y. , Fulghesu T. , Gabriel E. , Galati G. , Galati M. D. , Gallas Torreira A. , Galli D. , Gambetta S. , Gandelman M. , Gandini P. , Ganie B. , Gao H. , Gao R. , Gao Y. , Gao Y. , Gao Y. , Garau M. , Garcia Martin L. M. , Garcia Moreno P. , García Pardiñas J. , Garg K. G. , Garrido L. , Gaspar C. , Geertsema R. E. , Gerken L. L. , Gersabeck E. , Gersabeck M. , Gershon T. , Ghorbanimoghaddam Z. , Giambastiani L. , Giasemis F. I. , Gibson V. , Giemza H. K. , Gilman A. L. , Giovannetti M. , Gioventù A. , Gironella Gironell P. , Giugliano C. , Giza M. A. , Gkougkousis E. L. , Glaser F. C. , Gligorov V. V. , Göbel C. , Golobardes E. , Golubkov D. , Golutvin A. , Gomes A. , Gomez Fernandez S. , Goncalves Abrantes F. , Goncerz M. , Gong G. , Gooding J. A. , Gorelov I. V. , Gotti C. , Grabowski J. P. , Granado Cardoso L. A. , Graugés E. , Graverini E. , Grazette L. , Graziani G. , Grecu A. T. , Greeven L. M. , Grieser N. 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. , Habermann K. , Hadavizadeh T. , Hadjivasiliou C. , Haefeli G. , Haen C. , Haimberger J. , Hajheidari M. , Halvorsen M. M. , Hamilton P. M. , Hammerich J. , Han Q. , Han X. , Hansmann-Menzemer S. , Hao L. , Harnew N. , Hartmann M. , He J. , Hein Nogarolli Vilela Pereira P. H. , Hemmer F. , Henderson C. , Henderson R. D. L. , Hennequin A. M. , Hennessy K. , Henry L. , Herd J. , Herdieckerhoff J. , Herrero Gascon P. , Heuel J. , Hicheur A. , Hijano Mendizabal G. , 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. , 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. J. , John M. , Johnson D. , Jones C. R. , Jones T. P. , Joshi S. , Jost B. , Jurik N. , Juszczak I. , Kaminaris D. , Kandybei S. , Kang Y. , Kar C. , Karacson M. , Karpenkov D. , Kauniskangas A. M. , Kautz J. W. , Keizer F. , Kenzie M. , Ketel T. , Khanji B. , Kharisova A. , Kholodenko S. , Khreich G. , Kirn T. , Kirsebom V. S. , Kitouni O. , Klaver S. , Kleijne N. , Klimaszewski K. , Kmiec M. R. , Koliiev S. , Kolk L. , Konoplyannikov A. , Kopciewicz P. , Koppenburg P. , Korolev M. , Kostiuk I. , Kot O. , Kotriakhova S. , Kozachuk A. , Kravchenko P. , Kravchuk L. , Kreps M. , Krokovny P. , Krupa W. , Krzemien W. , Kshyvanskyi O. K. , Kubat J. , Kubis S. , Kucharczyk M. , Kudryavtsev V. , Kulikova E. , Kupsc A. , Kutsenko B. K. , Lacarrere D. , Lai A. , Lampis A. , Lancierini D. , Landesa Gomez C. , Lane J. J. , Lane R. , Langenbruch C. , Langer J. , Lantwin O. , Latham T. , Lazzari F. , Lazzeroni C. , Le Gac R. , Lefèvre R. , Leflat A. , Legotin S. , Lehuraux M. , Lemos Cid E. , Leroy O. , Lesiak T. , Leverington B. , Li A. , Li H. , Li K. , Li L. , Li P. , Li P.-R. , Li Q. , Li S. , Li T. , Li T. , Li Y. , Li Y. , Lian Z. , Liang X. , Libralon S. , Lin C. , Lin T. , Lindner R. , Lisovskyi V. , Litvinov R. , Liu F. L. , Liu G. , Liu K. , Liu S. , Liu Y. , Liu Y. , Liu Y. L. , Lobo Salvia A. , Loi A. , Lomba Castro J. , Long T. , Lopes J. H. , Lopez Huertas A. , López Soliño S. , Lucarelli C. , Lucchesi D. , Lucio Martinez M. , Lukashenko V. , Luo Y. , Lupato A. , Luppi E. , Lynch K. , Lyu X.-R. , Ma G. M. , Ma R. , Maccolini S. , Machefert F. , Maciuc F. , Mack B. M. , Mackay I. , Mackey L. M. , Madhan Mohan L. R. , Madurai M. M. , Maevskiy A. , Magdalinski D. , Maisuzenko D. , Majewski M. W. , Malczewski J. J. , Malde S. , Malentacca L. , Malinin A. , Maltsev T. , Manca G. , Mancinelli G. , Mancuso C. , Manera Escalero R. , Manuzzi D. , Marangotto D. , Marchand J. F. , Marchevski R. , Marconi U. , Mariani S. , Marin Benito C. , Marks J. , Marshall A. M. , Martelli G. , Martellotti G. , Martinazzoli L. , Martinelli M. , Martinez Santos D. , Martinez Vidal F. , Massafferri A. , Matev R. , Mathad A. , Matiunin V. , Matteuzzi C. , Mattioli K. R. , Mauri A. , Maurice E. , Mauricio J. , Mayencourt P. , Mazurek M. , McCann M. , Mcconnell L. , McGrath T. H. , McHugh N. T. , McNab A. , McNulty R. , Meadows B. , Meier G. , Melnychuk D. , Meng F. M. , Merk M. , Merli A. , Meyer Garcia L. , Miao D. , Miao H. , Mikhasenko M. , Milanes D. A. , Minotti A. , Minucci E. , Miralles T. , Mitreska B. , Mitzel D. S. , Modak A. , Mödden A. , Mohammed R. A. , Moise R. D. , Mokhnenko S. , Mombächer T. , Monk M. , Monteil S. , Morcillo Gomez A. , Morello G. , Morello M. J. , Morgenthaler M. P. , Morris A. B. , Morris A. G. , Mountain R. , Mu H. , Mu Z. M. , Muhammad E. , Muheim F. , Mulder M. , Müller K. , Muñoz-Rojas F. , Murta R. , Naik P. , Nakada T. , Nandakumar R. , Nanut T. , Nasteva I. , Needham M. , Neri N. , Neubert S. , Neufeld N. , Neustroev P. , Nicolini J. , Nicotra D. , Niel E. M. , Nikitin N. , Nogga P. , Nolte N. S. , Normand C. , Novoa Fernandez J. , Nowak G. , Nunez C. , Nur H. N. , Oblakowska-Mucha A. , Obraztsov V. , Oeser T. , Okamura S. , Okhotnikov A. , Oldeman R. , Oliva F. , Olocco M. , Onderwater C. J. G. , O’Neil R. H. , Otalora Goicochea J. M. , Owen P. , Oyanguren A. , Ozcelik O. , Padeken K. O. , Pagare B. , Pais P. R. , Pajero T. , Palano A. , Palutan M. , Panshin G. , Paolucci L. , Papanestis A. , Pappagallo M. , Pappalardo L. L. , Pappenheimer C. , Parkes C. , Passalacqua B. , Passaleva G. , Passaro D. , Pastore A. , Patel M. , Patoc J. , Patrignani C. , Paul A. , Pawley C. J. , Pellegrino A. , Peng J. , Pepe Altarelli M. , Perazzini S. , Pereima D. , Pereiro Castro A. , Perret P. , Perro A. , Petridis K. , Petrolini A. , Pfaller J. P. , Pham H. , Pica L. , Piccini M. , Pietrzyk B. , Pietrzyk G. , Pinci D. , Pisani F. , Pizzichemi M. , Placinta V. , Plo Casasus M. , Polci F. , Poli Lener M. , Poluektov A. , Polukhina N. , Polyakov I. , Polycarpo E. , Ponce S. , Popov D. , Poslavskii S. , Prasanth K. , Prouve C. , Pugatch V. , Punzi G. , Qasim S. , Qian W. , Qin N. , Qu S. , Quagliani R. , Rabadan Trejo R. I. , Rademacker J. H. , Rama M. , Ramírez García M. , Ramos Pernas M. , Rangel M. S. , Ratnikov F. , Raven G. , Rebollo De Miguel M. , Redi F. , Reich J. , Reiss F. , Ren Z. , Resmi P. K. , Ribatti R. , Ricart G. R. , Riccardi D. , Ricciardi S. , Richardson K. , Richardson-Slipper M. , Rinnert K. , Robbe P. , Robertson G. , Rodrigues E. , Rodriguez Fernandez E. , Rodriguez Lopez J. A. , Rodriguez Rodriguez E. , Rogovskiy A. , Rolf D. L. , Roloff P. , Romanovskiy V. , Romero Lamas M. , Romero Vidal A. , Romolini G. , Ronchetti F. , Rotondo M. , Roy S. R. , Rudolph M. S. , Ruf T. , Ruiz Diaz M. , Ruiz Fernandez R. A. , Ruiz Vidal J. , Ryzhikov A. , Ryzka J. , Saavedra-Arias J. J. , Saborido Silva J. J. , Sadek R. , Sagidova N. , Sahoo D. , Sahoo N. , Saitta B. , Salomoni M. , Sanchez Gras C. , Sanderswood I. , Santacesaria R. , Santamarina Rios C. , Santimaria M. , Santoro L. , Santovetti E. , Saputi A. , Saranin D. , Sarpis G. , Sarpis M. , Satriano C. , Satta A. , Saur M. , Savrina D. , Sazak H. , Scantlebury Smead L. G. , Scarabotto A. , Schael S. , Scherl S. , Schiller M. , Schindler H. , Schmelling M. , Schmidt B. , Schmitt S. , Schmitz H. , Schneider O. , Schopper A. , Schulte N. , Schulte S. , Schune M. H. , Schwemmer R. , Schwering G. , Sciascia B. , Sciuccati A. , Sellam S. , Semennikov A. , Senger T. , Senghi Soares M. , Sergi A. , Serra N. , Sestini L. , Seuthe A. , Shang Y. , Shangase D. M. , Shapkin M. , Sharma R. S. , Shchemerov I. , Shchutska L. , Shears T. , Shekhtman L. , Shen Z. , Sheng S. , Shevchenko V. , Shi B. , Shi Q. , Shields E. B. , Shimizu Y. , Shmanin E. , Shorkin R. , Shupperd J. D. , Silva Coutinho R. , Simi G. , Simone S. , Skidmore N. , Skwarnicki T. , Slater M. W. , Smallwood J. C. , Smith E. , Smith K. , Smith M. , Snoch A. , Soares Lavra L. , Sokoloff M. D. , Soler F. J. P. , Solomin A. , Solovev A. , Solovyev I. , Song R. , Song Y. , Song Y. , Song Y. S. , Souza De Almeida F. L. , Souza De Paula B. , Spadaro Norella E. , Spedicato E. , Speer J. G. , Spiridenkov E. , Spradlin P. , Sriskaran V. , Stagni F. , Stahl M. , Stahl S. , Stanislaus S. , Stein E. N. , Steinkamp O. , Stenyakin O. , Stevens H. , Strekalina D. , Su Y. , Suljik F. , Sun J. , Sun L. , Sun Y. , Sundfeld Lima D. S. , Sutcliffe W. , Swallow P. N. , Swystun F. , Szabelski A. , Szumlak T. , Tan Y. , Tat M. D. , Terentev A. , Terzuoli F. , Teubert F. , Thomas E. , Thompson D. J. D. , Tilquin H. , Tisserand V. , T’Jampens S. , Tobin M. , Tomassetti L. , Tonani G. , Tong X. , Torres Machado D. , Toscano L. , Tou D. Y. , Trippl C. , Tuci G. , Tuning N. , Uecker L. H. , Ukleja A. , Unverzagt D. J. , Ursov E. , Usachov A. , Ustyuzhanin A. , Uwer U. , Vagnoni V. , Valassi A. , Valenti G. , Valls Canudas N. , Van Hecke H. , van Herwijnen E. , Van Hulse C. B. , Van Laak R. , van Veghel M. , Vasquez G. , Vazquez Gomez R. , Vazquez Regueiro P. , Vázquez Sierra C. , Vecchi S. , Velthuis J. J. , Veltri M. , Venkateswaran A. , Vesterinen M. , Vieites Diaz M. , Vilasis-Cardona X. , Vilella Figueras E. , Villa A. , Vincent P. , Volle F. C. , vom Bruch D. , Voropaev N. , Vos K. , Vouters G. , Vrahas C. , Walsh J. , Walton E. J. , Wan G. , Wang C. , Wang G. , Wang J. , Wang J. , Wang J. , Wang J. , Wang M. , Wang N. W. , Wang R. , Wang X. , Wang X. , Wang X. W. , Wang Z. , Wang Z. , Wang Z. , Ward J. A. , Waterlaat M. , Watson N. K. , Websdale D. , Wei Y. , Wendel J. , Westhenry B. D. C. , White D. J. , Whitehead M. , Wiederhold A. R. , Wiedner D. , Wilkinson G. , Wilkinson M. K. , Williams M. , Williams M. R. J. , Williams R. , Wilson F. F. , Wislicki W. , Witek M. , Witola L. , Wong C. P. , Wormser G. , Wotton S. A. , Wu H. , Wu J. , Wu Y. , Wyllie K. , Xian S. , Xiang Z. , Xie Y. , Xu A. , Xu J. , Xu L. , Xu L. , Xu M. , Xu Z. , Xu Z. , Xu Z. , Yang D. , Yang S. , Yang X. , Yang Y. , Yang Z. , Yang Z. , Yeroshenko V. , Yeung H. , Yin H. , Yu C. Y. , Yu J. , Yuan X. , Zaffaroni E. , Zavertyaev M. , Zdybal M. , Zeng C. , Zeng M. , Zhang C. , Zhang D. , Zhang J. , Zhang L. , Zhang S. , Zhang S. , Zhang Y. , Zhang Y. Z. , Zhao Y. , Zharkova A. , Zhelezov A. , Zheng X. Z. , Zheng Y. , Zhou T. , Zhou X. , Zhou Y. , Zhovkovska V. , Zhu L. Z. , Zhu X. , Zhu X. , Zhukov V. , Zhuo J. , Zou Q. , Zuliani D. , Zunica G. 
Published: July 2024

A method is presented to reconstruct charged particles with lifetimes between $$10\,\text {ps} $$

10

ps

and $$10\,\text {ns},$$

10

ns
,

which considers a combination of their decay products and the partial tracks created by the initial charged particle. Using the $${\varXi } ^- $$

Ξ

-

baryon as a benchmark, the method is demonstrated with simulated events and proton-proton collision data at $$\sqrt{s} =13\,\text {TeV},$$

s

=
13

TeV
,

corresponding to an integrated luminosity of 2.0$$\,\text {fb} ^{-1}$$

fb

-
1

collected with the LHCb detector in 2018. Significant improvements in the angular resolution and the signal purity are obtained. The method is implemented as part of the LHCb Run 3 event trigger in a set of requirements to select detached hyperons. This is the first demonstration of the applicability of this approach at the LHC, and the first to show its scaling with instantaneous luminosity.