Helium identification with LHCb
Authors: Aaij R. , Abdelmotteleb A.S.W. , Abellan Beteta C. , Abudinén F. , Ackernley T. , 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. , 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.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. , 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.B. , Beiter A. , Belin S. , Bellee V. , Belous K. , Belov I. , Belyaev I. , Benane G. , Bencivenni G. , Ben-Haim E. , Berezhnoy A. , Bernet R. , Bernet Andres S. , Bernstein H.C. , Bertella C. , 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. , Blago M.P. , Blake T. , Blanc F. , Blank J.E. , Blusk S. , Bobulska D. , 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. , Braun S. , Brea Rodriguez A. , Breer N. , Brodzicka J. , Brossa Gonzalo A. , Brown J. , Brundu D. , Buonaura A. , Buonincontri L. , Burke A.T. , Burr C. , Bursche A. , Butkevich A. , Butter J.S. , Buytaert J. , Byczynski W. , Cadeddu S. , Cai H. , Calabrese R. , Calefice L. , Cali S. , Calvi M. , Calvo Gomez M. , 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. , Cerasoli J. , Cervenkov D. , Cesare S. , Chadwick A.J. , Chahrour I. , Charles M. , Charpentier Ph. , Chavez Barajas C.A. , Chefdeville M. , Chen C. , Chen S. , Chernov A. , Chernyshenko S. , Chobanova V. , Cholak S. , Chrzaszcz M. , Chubykin A. , Chulikov V. , Ciambrone P. , Cicala M.F. , Cid Vidal X. , Ciezarek G. , Cifra P. , Clarke P.E.L. , Clemencic M. , Cliff H.V. , Closier J. , Cobbledick J.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.C. , Douglas L. , Downes A.G. , Duan W. , Duda P. , Dudek M.W. , Dufour L. , Duk V. , Durante P. , Duras M.M. , Durham J.M. , Dziurda A. , Dzyuba A. , Easo S. , Eckstein E. , Egede U. , Egorychev A. , Egorychev V. , Eirea Orro C. , Eisenhardt S. , Ejopu E. , Ek-In S. , Eklund L. , Elashri M. , Ellbracht J. , Ely S. , Ene A. , Epple E. , Escher S. , 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. , Ferreres Sole S. , Ferrillo M. , Ferro-Luzzi M. , Filippov S. , Fini R.A. , Fiorini M. , Firlej M. , Fischer K.M. , Fitzgerald D.S. , Fitzpatrick C. , Fiutowski T. , Fleuret F. , Fontana M. , Fontanelli F. , Foreman L.F. , Forty R. , Foulds-Holt D. , Franco Sevilla M. , Frank M. , Franzoso E. , Frau G. , Frei C. , Friday D.A. , Frontini L. , 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. , Gao H. , Gao R. , Gao Y. , Gao Y. , Gao Y. , Garau M. , Garcia Martin L.M. , Garcia Moreno P. , García Pardiñas J. , Garcia Plana B. , 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. , 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. , Herrero Gascon P. , 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.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. , Karacson M. , Karpenkov D. , Karpov M. , Kauniskangas A.M. , Kautz J.W. , Keizer F. , Keller D.M. , 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. , Kretzschmar S. , Krokovny P. , Krupa W. , Krzemien W. , Kubat J. , Kubis S. , Kucewicz W. , 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. , Lee S.H. , Lefèvre R. , Leflat A. , Legotin S. , Lehuraux M. , Leroy O. , Lesiak T. , Leverington B. , Li A. , Li H. , Li K. , Li L. , Li P. , Li P.-R. , Li S. , Li T. , Li T. , Li Y. , Li Y. , Li Z. , Lian Z. , Liang X. , Lin C. , Lin T. , Lindner R. , Lisovskyi V. , Litvinov R. , Liu G. , Liu H. , Liu K. , Liu Q. , 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. , Lovell G.H. , Lucarelli C. , Lucchesi D. , Luchuk S. , 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. , Mackay I. , Madhan Mohan L.R. , Madurai M.M. , Maevskiy A. , Magdalinski D. , Maisuzenko D. , Majewski M.W. , Malczewski J.J. , Malde S. , Malecki B. , 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. , Marshall P.J. , Martelli G. , Martellotti G. , Martinazzoli L. , Martinelli M. , Martinez Santos D. , Martinez Vidal F. , Massafferri A. , Materok M. , 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. , Merk M. , Merli A. , Meyer Garcia L. , Miao D. , Miao H. , Mikhasenko M. , Milanes D.A. , Minotti A. , Minucci E. , Miralles T. , Mitchell S.E. , Mitreska B. , Mitzel D.S. , Modak A. , Mödden A. , Mohammed R.A. , Moise R.D. , Mokhnenko S. , Mombächer T. , Monk M. , Monroy I.A. , Monteil S. , Morcillo Gomez A. , Morello G. , Morello M.J. , Morgenthaler M.P. , Moron J. , Morris A.B. , Morris A.G. , Mountain R. , Mu H. , Mu Z.M. , Muhammad E. , Muheim F. , Mulder M. , Müller K. , Mũnoz-Rojas F. , Murta R. , Naik P. , Nakada T. , Nandakumar R. , Nanut T. , Nasteva I. , Needham M. , Neri N. , Neubert S. , Neufeld N. , Neustroev P. , Newcombe R. , 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. , Oldeman R. , Oliva F. , Olocco M. , Onderwater C.J.G. , O'Neil R.H. , Otalora Goicochea J.M. , Ovsiannikova T. , 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. , Pawley C.J. , Pellegrino A. , Pepe Altarelli M. , Perazzini S. , Pereima D. , Pereiro Castro A. , Perret P. , Perro A. , Petridis K. , Petrolini A. , Petrucci S. , 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. , Puill V. , Punzi G. , Qi H.R. , Qian W. , Qin N. , Qu S. , Quagliani R. , Rabadan Trejo R.I. , Rachwal B. , 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. , Rollings A. , 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. , Saborido Silva J.J. , Sadek R. , Sagidova N. , 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. , Sarti A. , Satriano C. , Satta A. , Saur M. , Savrina D. , Sazak H. , Scantlebury Smead L.G. , Scarabotto A. , Schael S. , Scherl S. , Schertz A.M. , 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. , Senghi Soares M. , Sergi A. , Serra N. , Sestini L. , Seuthe A. , Shang Y. , Shangase D.M. , Shapkin M. , Shchemerov I. , Shchutska L. , Shears T. , Shekhtman L. , Shen Z. , Sheng S. , Shevchenko V. , Shi B. , Shields E.B. , Shimizu Y. , Shmanin E. , Shorkin R. , Shupperd J.D. , Silva Coutinho R. , Simi G. , Simone S. , Skidmore N. , Skuza R. , 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. , Swallow P.N. , Swientek K. , Swystun F. , Szabelski A. , Szumlak T. , Szymanski M. , Tan Y. , Taneja S. , 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. , Vazquez Gomez R. , Vazquez Regueiro P. , Vázquez Sierra C. , Vecchi S. , Velthuis J.J. , Veltri M. , Venkateswaran A. , Vesterinen M. , Vieira D. , Vieites Diaz M. , Vilasis-Cardona X. , Vilella Figueras E. , Villa A. , Vincent P. , Volle F.C. , vom Bruch D. , Vorobyev V. , 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.W. , Wang Y. , Wang Z. , Wang Z. , Wang Z. , Ward J.A. , Watson N.K. , Websdale D. , Wei Y. , 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 M. , Zhang C. , Zhang D. , Zhang J. , Zhang L. , Zhang S. , Zhang S. , Zhang Y. , 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. , Zhu Z. , Zhukov V. , Zhuo J. , Zou Q. , Zuliani D. , Zunica G. ,   The LHCb collaboration
Published: February 2024

Abstract
The identification of helium nuclei at LHCb is achieved using a method based on
measurements of ionisation losses in the silicon sensors and timing measurements in the Outer
Tracker drift tubes. The background from photon conversions is reduced using the RICH detectors
and an isolation requirement. The method is developed using pp collision data at
√(s) = 13 TeV recorded by the LHCb experiment in the years 2016 to 2018, corresponding
to an integrated luminosity of 5.5 fb-1. A total of around 105 helium and antihelium
candidates are identified with negligible background contamination. The helium identification
efficiency is estimated to be approximately 50% with a corresponding background rejection
rate of up to 𝒪(1012). These results demonstrate the feasibility of a rich
programme of measurements of QCD and astrophysics interest involving light nuclei.