Study of charmonium production via the decay to $$p\bar{p}$$ at $$\sqrt{s} = 13\,\textrm{TeV}$$
Authors:   LHCb Collaboration, Aaij R. , Abdelmotteleb A.S.W. , Beteta C. Abellan , Abudinén F. , Ackernley T. , 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. , Cartelle P. Alvarez , 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. , Cuendis S. Arguedas , Artamonov A. , Artuso M. , Aslanides E. , Atzeni M. , Audurier B. , Bacher D. , Perea I. Bachiller , Bachmann S. , Bachmayer M. , Back J.J. , Rodriguez P. Baladron , Balagura V. , Baldini W. , Bao H. , de Souza Leite J. Baptista , 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. , Andres S. Bernet , 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. , Garcia O. Boente , 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. , Rodriguez A. Brea , Breer N. , Brodzicka J. , Gonzalo A. Brossa , 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. , Ramirez S. Calderon , Calefice L. , Cali S. , Calvi M. , Gomez M. Calvo , Magalhaes P. Camargo , Bouzas J. I. Cambon , Campana P. , Perez D.H. Campora , Quezada A.F. Campoverde , Capelli S. , Capriotti L. , Caravaca-Mora R. , Carbone A. , Salgado L. Carcedo , Cardinale R. , Cardini A. , Carniti P. , Carus L. , Vidal A. Casais , Caspary R. , Casse G. , Godinez J. Castro , Cattaneo M. , Cavallero G. , Cavallini V. , Celani S. , Cervenkov D. , Cesare S. , Chadwick A.J. , Chahrour I. , Charles M. , Charpentier Ph. , Barajas C.A. Chavez , Chefdeville M. , Chen C. , Chen S. , Chen Z. , Chernov A. , Chernyshenko S. , Chobanova V. , Cholak S. , Chrzaszcz M. , Chubykin A. , Chulikov V. , Ciambrone P. , Vidal X. Cid , Ciezarek G. , Cifra P. , Clarke P.E.L. , Clemencic M. , Cliff H.V. , Closier J. , Toapaxi C. Cocha , 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. , Meldrum J. J. Cottee , Couturier B. , Craik D.C. , Torres M. Cruz , Rivera E. Curras , 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 Benedetti F. , 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. , Buono L. Del , Delaney B. , Dembinski H.-P. , Deng J. , Denysenko V. , Deschamps O. , Dettori F. , Dey B. , Nezza P. Di , Diachkov I. , Didenko S. , Ding S. , Dittmann L. , Dobishuk V. , Docheva A. D. , Dong C. , Donohoe A.M. , Dordei F. , Reis A.C. dos , 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. , Gomez M. Fernandez , Fernez A.D. , Ferrari F. , Rodrigues F. Ferreira , 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. , Sevilla M. Franco , 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. , Torreira A. Gallas , Galli D. , Gambetta S. , Gandelman M. , Gandini P. , Ganie B. , Gao H. , Gao R. , Gao Y. , Gao Y. , Gao Y. , Garau M. , Martin L.M. Garcia , Moreno P. Garcia , Pardiñas J. García , 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. , Gironell P. Gironella , Giugliano C. , Giza M.A. , Gkougkousis E.L. , Glaser F.C. , Gligorov V.V. , Göbel C. , Golobardes E. , Golubkov D. , Golutvin A. , Gomes A. , Fernandez S. Gomez , Abrantes F. Goncalves , Goncerz M. , Gong G. , Gooding J. A. , Gorelov I.V. , Gotti C. , Grabowski J.P. , Cardoso L.A. Granado , 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. , Hemmer F. , Henderson C. , Henderson R.D.L. , Hennequin A.M. , Hennessy K. , Henry L. , Herd J. , Gascon P. Herrero , Heuel J. , Hicheur A. , Mendizabal G. Hijano , 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. , Elles S.J. Jaimes , 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. , 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. , Gomez C. Landesa , Lane J.J. , Lane R. , Langenbruch C. , Langer J. , Lantwin O. , Latham T. , Lazzari F. , Lazzeroni C. , Gac R. Le , Lefèvre R. , Leflat A. , Legotin S. , Lehuraux M. , Cid E. Lemos , 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. , Salvia A. Lobo , Loi A. , Castro J. Lomba , Long T. , Lopes J.H. , Huertas A. Lopez , Soliño S. López , Lucarelli C. , Lucchesi D. , Martinez M. Lucio , 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. , Mackay I. , Mackey L. M. , Mohan L.R. Madhan , 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. , Escalero R. Manera , Manuzzi D. , Marangotto D. , Marchand J.F. , Marchevski R. , Marconi U. , Mariani S. , Benito C. Marin , Marks J. , Marshall A.M. , Martelli G. , Martellotti G. , Martinazzoli L. , Martinelli M. , Santos D. Martinez , Vidal F. Martinez , 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. , Garcia L. Meyer , 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. , Gomez A. Morcillo , 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. , Nogarolli P. , Nogga P. , Nolte N.S. , Normand C. , Fernandez J. Novoa , Nowak G. , Nunez C. , Nur H. N. , Oblakowska-Mucha A. , Obraztsov V. , Oeser T. , Okamura S. , Okhotnikov A. , Okhrimenko O. , Oldeman R. , Oliva F. , Olocco M. , Onderwater C.J.G. , O’Neil R.H. , Goicochea J.M. Otalora , 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. , Altarelli M. Pepe , Perazzini S. , Pereima D. , Castro A. Pereiro , 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. , Casasus M. Plo , Polci F. , Lener M. Poli , 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. , Trejo R.I. Rabadan , Rademacker J.H. , Rama M. , García M. Ramírez , Pernas M. Ramos , Rangel M.S. , Ratnikov F. , Raven G. , De Miguel M. Rebollo , 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. , Fernandez E. Rodriguez , Lopez J.A. Rodriguez , Rodriguez E. Rodriguez , Rogovskiy A. , Rolf D.L. , Roloff P. , Romanovskiy V. , Lamas M. Romero , Vidal A. Romero , Romolini G. , Ronchetti F. , Rotondo M. , Roy S. R. , Rudolph M.S. , Ruf T. , Diaz M. Ruiz , Fernandez R.A. Ruiz , Vidal J. Ruiz , Ryzhikov A. , Ryzka J. , Saavedra-Arias J. J. , Silva J.J. Saborido , Sadek R. , Sagidova N. , Sahoo D. , Sahoo N. , Saitta B. , Salomoni M. , Gras C. Sanchez , Sanderswood I. , Santacesaria R. , Rios C. Santamarina , Santimaria M. , Santoro L. , Santovetti E. , Saputi A. , Saranin D. , Sarpis G. , Sarpis M. , Satriano C. , Satta A. , Saur M. , Savrina D. , Sazak H. , Smead L.G. Scantlebury , 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. , Soares M. Senghi , 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. , Coutinho R. Silva , Simi G. , Simone S. , Skidmore N. , Skwarnicki T. , Slater M.W. , Smallwood J.C. , Smith E. , Smith K. , Smith M. , Snoch A. , Lavra L. Soares , Sokoloff M.D. , Soler F.J.P. , Solomin A. , Solovev A. , Solovyev I. , Song R. , Song Y. , Song Y. , Song Y. S. , De Almeida F.L. Souza , De Paula B. Souza , Norella E. Spadaro , 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 D. , 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. , Machado D. Torres , 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. , Canudas N. Valls , Hecke H. Van , Herwijnen E. van , Hulse C.B. Van , Laak R. Van , Veghel M. van , Vasquez G. , Gomez R. Vazquez , Regueiro P. Vazquez , Sierra C. Vázquez , Vecchi S. , Velthuis J.J. , Veltri M. , Venkateswaran A. , Vesterinen M. , Diaz M. Vieites , Vilasis-Cardona X. , Figueras E. Vilella , Villa A. , Vincent P. , Volle F.C. , Bruch D. vom , Voropaev N. , Vos K. , Vouters G. , Vrahas C. , Wagner J. , 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. , Wu Z. , 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: December 2024

Abstract
Charmonium production cross-section in proton–proton collisions is measured at the centre-of-mass energy

$$\sqrt{s}=13\,\textrm{TeV}$$

s

=
13

TeV

using decays to

$$p\bar{p}$$

p

p

¯

final state. The study is performed using a data sample corresponding to an integrated luminosity of

$$2.2\,\textrm{fb}^{-1}$$

2.2

fb

-
1

collected in 2018 with the

$$\text{ LHCb }$$

LHCb

detector. The production cross-section of the

$$\eta _c$$

η
c

meson is measured in a rapidity range of

$$2.0< y < 4.0$$

2.0
<
y
<
4.0

and in a transverse momentum range of

$$5.0< p_{\textrm{T}} < 20.0\,\textrm{GeV}\!/\!{ c}$$

5.0
<

p
T

<
20.0

GeV

/

c

, which is extended compared with previous

$$\text{ LHCb }$$

LHCb

analyses. The differential cross-section is measured in bins of

$$p_\mathrm{{T}}$$

p
T

and, for the first time, of y. Upper limits, at 90% and 95% confidence levels, on the

$$\eta _c(2S)$$

η
c

(
2
S
)

and

$$h_c(1P)$$

h
c

(
1
P
)

prompt production cross-sections are determined for the first time.