Associated production of prompt J/ψ and Υ mesons in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
Authors:   The LHCb collaboration, Aaij R. , Abdelmotteleb A. S. W. , Abellan Beteta C. , Abudinén F. , Ackernley T. , Adeva B. , Adinolfi M. , Adlarson P. , Afsharnia H. , 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. , Andreotti M. , Andreou D. , Ao D. , Archilli F. , Artamonov A. , Artuso M. , Aslanides E. , Atzeni M. , Audurier B. , Bachiller Perea I. B , Bachmann S. , Bachmayer M. , Back J. J. , Bailly-reyre A. , Baladron Rodriguez P. , Balagura V. , Baldini W. , Baptista de Souza Leite J. , Barbetti M. , Barlow R. J. , Barsuk S. , Barter W. , Bartolini M. , Baryshnikov F. , Basels J. M. , Bassi G. , Batozskaya V. , 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. , Berninghoff D. , Bernstein H. C. , Bertella C. , Bertolin A. , Betancourt C. , Betti F. , Bezshyiko Ia. , Bhom J. , Bian L. , 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. , Boelhauve J. A. , Boente Garcia O. , Boettcher T. , 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. , 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. , Campana P. , Campora Perez D. H. , Campoverde Quezada A. F. , Capelli S. , Capriotti L. , Carbone A. , Cardinale R. , Cardini A. , Carniti P. , Carus L. , Casais Vidal A. , Caspary R. , Casse G. , Cattaneo M. , Cavallero G. , Cavallini V. , Celani S. , Cerasoli J. , Cervenkov D. , Chadwick A. J. , Chahrour I. C , Chapman M. G. , 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. , Ciullo G. , Clarke P. E. L. , Clemencic M. , Cliff H. V. , Closier J. , Cobbledick J. L. , Coco V. , Cogan J. , Cogneras E. , Cojocariu L. , Collins P. , Colombo T. , Congedo L. , Contu A. , Cooke N. , Corredoira I. , Corti G. , 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. , Davies J. E. , Davis A. , De Aguiar Francisco O. , 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. , Dean C. T. , Debernardis F. , Decamp D. , Dedu V. , Del Buono L. , Delaney B. , Dembinski H.-P. , Denysenko V. , Deschamps O. , Dettori F. , Dey B. , Di Nezza P. , Diachkov I. , Didenko S. , Dieste Maronas L. , Ding S. , Dobishuk V. , Dolmatov A. , Dong C. , Donohoe A. M. , Dordei F. , dos Reis A. C. , Douglas L. , Downes A. G. , Duda P. , Dudek M. W. , Dufour L. , Duk V. , Durante P. , Duras M. M. , Durham J. M. , Dutta D. , Dziurda A. , Dzyuba A. , Easo S. , Egede U. , Egorychev V. , Eirea Orro C. , Eisenhardt S. , Ejopu E. , Ek-In S. , Eklund L. , Elashri M. E , 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. , Farry S. , Fazzini D. , Felkowski L. F , Feo M. , Fernandez Gomez M. , Fernez A. D. , Ferrari F. , Ferreira Lopes L. , 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. , Forty R. , Foulds-Holt D. , Franco Lima V. , Franco Sevilla M. , Frank M. , Franzoso E. , Frau G. , Frei C. , Friday D. A. , Frontini L. F , Fu J. , Fuehring Q. , Fulghesu T. , Gabriel E. , Galati G. , Galati M. D. , Gallas Torreira A. , Galli D. , Gambetta S. , Gandelman M. , Gandini P. , Gao H. G , Gao Y. , Gao Y. , Garau M. , Garcia Martin L. M. , Garcia Moreno P. , García Pardiñas J. , Garcia Plana B. , Garcia Rosales F. A. , Garrido L. , Gaspar C. , Geertsema R. E. , Gerick D. , Gerken L. L. , Gersabeck E. , Gersabeck M. , Gershon T. , Giambastiani L. , Gibson V. , Giemza H. K. , Gilman A. L. , Giovannetti M. , Gioventù A. , Gironella Gironell P. , Giugliano C. , Giza M. A. , Gizdov K. , Gkougkousis E. L. , Gligorov V. V. , Göbel C. , Golobardes E. , Golubkov D. , Golutvin A. , Gomes A. , Gomez Fernandez S. , Goncalves Abrantes F. , Goncerz M. , Gong G. , Gorelov I. V. , Gotti C. , Grabowski J. P. , Grammatico T. , Granado Cardoso L. A. , Graugés E. , Graverini E. , Graziani G. , Grecu A. T. , Greeven L. M. , Grieser N. A. , Grillo L. , Gromov S. , Gruberg Cazon B. R. , Gu C. , Guarise M. , Guittiere M. , Günther P. A. , Gushchin E. , Guth A. , Guz Y. , Gys T. , Hadavizadeh T. , Hadjivasiliou C. , Haefeli G. , Haen C. , Haimberger J. , Haines S. C. , Halewood-leagas T. , Halvorsen M. M. , Hamilton P. M. , Hammerich J. , Han Q. , Han X. , Hansmann-Menzemer S. , Hao L. , Harnew N. , Harrison T. , Hasse C. , Hatch M. , He J. , Heijhoff K. , Hemmer F. H , Henderson C. , Henderson R. D. L. , Hennequin A. M. , Hennessy K. , Henry L. , Herd J. H , Heuel J. , Hicheur A. , Hill D. , Hilton M. , Hollitt S. E. , Horswill J. , Hou R. , Hou Y. , Hu J. , Hu J. , Hu W. , Hu X. , Huang W. , Huang X. , Hulsbergen W. , Hunter R. J. , Hushchyn M. , Hutchcroft D. , Ibis P. , 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. , John M. , Johnson D. , Jones C. R. , Jones T. P. , Joshi S. J , Jost B. , Jurik N. , Juszczak I. , Kandybei S. , Kang Y. , Karacson M. , Karpenkov D. , Karpov 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. , Kondybayeva A. , Konoplyannikov A. , Kopciewicz P. , Kopecna R. , Koppenburg P. , Korolev M. , Kostiuk I. , Kot O. , Kotriakhova S. , Kozachuk A. , Kravchenko P. , Kravchuk L. , Krawczyk R. D. , Kreps M. , Kretzschmar S. , Krokovny P. , Krupa W. , Krzemien W. , Kubat J. , Kubis S. , Kucewicz W. , Kucharczyk M. , Kudryavtsev V. , Kulikova E. K , Kupsc A. , Lacarrere D. , Lafferty G. , Lai A. , Lampis A. , Lancierini D. , Landesa Gomez C. , Lane J. J. , Lane R. , Langenbruch C. , Langer J. , Lantwin O. , Latham T. , Lazzari F. , Lazzaroni M. , Lazzeroni C. , Le Gac R. , Lee S. H. , Lefèvre R. , Leflat A. , Legotin S. , Lenisa P. , Leroy O. , Lesiak T. , Leverington B. , Li A. , Li H. , Li K. , Li P. , Li P.-R. , Li S. , Li T. , Li T. , Li Y. , Li Z. , Liang X. , Lin C. , Lin T. , Lindner R. , Lisovskyi V. , Litvinov R. , Liu G. , Liu H. , Liu K. , Liu Q. , Liu S. , Lobo Salvia A. , Loi A. , Lollini R. , Lomba Castro J. , Longstaff I. , Lopes J. H. , Lopez Huertas A. , López Soliño S. , Lovell G. H. , Lu Y. , Lucarelli C. , Lucchesi D. , Luchuk S. , Lucio Martinez M. , Lukashenko V. , Luo Y. , Lupato A. , Luppi E. , Lusiani A. , Lynch K. , Lyu X.-R. , Ma R. , Maccolini S. , Machefert F. , Maciuc F. , Mackay I. , Macko V. , Madhan Mohan L. R. , Maevskiy A. , Maisuzenko D. , Majewski M. W. , Malczewski J. J. , Malde S. , Malecki B. , Malinin A. , Maltsev T. , Manca G. , Mancinelli G. , Mancuso C. , Manera Escalero R. , Manuzzi D. , Manzari C. A. , Marangotto D. , Maratas J. M. , Marchand J. F. , 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. , Mazurek M. , McCann M. , Mcconnell L. , McGrath T. H. , McHugh N. T. , McNab A. , McNulty R. , Meadows B. , Meier G. , Melnychuk D. , Meloni S. , Merk M. , Merli A. , Meyer Garcia L. , Miao D. , Miao H. , Mikhasenko M. , Milanes D. A. , Millard E. , Milovanovic M. , Minard M.-N. , Minotti A. , 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. , Morello G. , Morello M. J. , Morgenthaler M. P. , Moron J. , Morris A. B. , Morris A. G. , Mountain R. , Mu H. , Muhammad E. , Muheim F. , Mulder M. , Müller K. , Murphy C. H. , Murray D. , Murta R. , Muzzetto P. , 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. , Nieswand S. , Nikitin N. , Nolte N. S. , Normand C. , Novoa Fernandez J. , Nowak G. N , Nunez C. , Oblakowska-Mucha A. , Obraztsov V. , Oeser T. , Okamura S. , Oldeman R. , Oliva F. , 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. , Parker W. , Parkes C. , Passalacqua B. , Passaleva G. , Pastore A. , Patel M. , Patrignani C. , Pawley C. J. , Pellegrino A. , Pepe Altarelli M. , Perazzini S. , Pereima D. , Pereiro Castro A. , Perret P. , Petridis K. , Petrolini A. , Petrucci S. , Petruzzo M. , Pham H. , Philippov A. , Piandani R. , Pica L. , Piccini M. , Pietrzyk B. , Pietrzyk G. , Pili M. , Pinci D. , Pisani F. , Pizzichemi M. , Placinta V. , Plews J. , Plo Casasus M. , Polci F. , Poli Lener M. , Poluektov A. , Polukhina N. , Polyakov I. , Polycarpo E. , Ponce S. , Popov D. , Poslavskii S. , Prasanth K. , Promberger L. , Prouve C. , Pugatch V. , Puill V. , Punzi G. , Qi H. R. , Qian W. , Qin N. , Qu S. , Quagliani R. , Raab N. V. , Rachwal B. , Rademacker J. H. , Rajagopalan R. , Rama M. , Ramos Pernas M. , Rangel M. S. , Ratnikov F. , Raven G. , Rebollo De Miguel M. , Redi F. , Reich J. , Reiss F. , Remon Alepuz C. , Ren Z. , Resmi P. K. , Ribatti R. , Ricci A. M. , 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. , Rolf D. L. , Rollings A. , Roloff P. , Romanovskiy V. , Romero Lamas M. , Romero Vidal A. , Roth J. D. , Rotondo M. , Rudolph M. S. , Ruf T. , Ruiz Fernandez R. A. , Ruiz Vidal J. , Ryzhikov A. , Ryzka J. , Saborido Silva J. J. , Sagidova N. , Sahoo N. , Saitta B. , Salomoni M. , Sanchez Gras C. , Sanderswood I. , Santacesaria R. , Santamarina Rios C. , Santimaria M. , Santovetti E. , 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. , Schiller M. , Schindler H. , Schmelling M. , Schmidt B. , Schmitt S. , Schneider O. , Schopper A. , Schubiger M. , Schulte S. , Schune M. H. , Schwemmer R. , 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. , Siddi B. G. , Silva Coutinho R. , Simi G. , Simone S. , Singla M. , Skidmore N. , Skuza R. , Skwarnicki T. , Slater M. W. , Smallwood J. C. , Smeaton J. G. , 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. , Souza De Almeida F. L. , Souza De Paula B. , Spaan 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. S , Suljik F. , Sun J. , Sun L. , Sun Y. , Swallow P. N. , Swientek K. , Szabelski A. , Szumlak T. , Szymanski M. , Tan Y. , Taneja S. , Tat M. D. , Terentev A. , Teubert F. , Thomas E. , Thompson D. J. D. , Thomson K. A. , Tilquin H. , Tisserand V. , T’Jampens S. , Tobin M. , Tomassetti L. , Tonani G. , Tong X. , Torres Machado D. , Tou D. Y. , Trippl C. , Tuci G. , Tuning N. , Ukleja A. , Unverzagt D. J. , Usachov A. , Ustyuzhanin A. , Uwer U. , Vagnoni V. , Valassi A. , Valenti G. , Valls Canudas N. , Van Dijk M. , Van Hecke H. , van Herwijnen E. , Van Hulse C. B. , van Veghel M. , Vazquez Gomez R. , Vazquez Regueiro P. , Vázquez Sierra C. , Vecchi S. , Velthuis J. J. , Veltri M. , Venkateswaran A. , Veronesi M. , Vesterinen M. , Vieira D. , Vieites Diaz M. , Vilasis-Cardona X. , Vilella Figueras E. , Villa A. , Vincent P. , Volle F. C. , vom Bruch D. , Vorobyev A. , Vorobyev V. , Voropaev N. , Vos K. , Vrahas C. , Walsh J. , Walton E. J. , Wan G. , Wang C. , Wang G. , Wang J. , Wang J. , Wang J. , Wang J. , Wang M. , Wang R. , Wang X. , 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 I. , 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. , Wyllie K. , Xiang Z. , Xie Y. , Xu A. , Xu J. , Xu L. , Xu L. , Xu M. , Xu Q. , Xu Z. , Xu Z. , Yang D. , Yang S. , Yang X. , Yang Y. , Yang Z. , Yang Z. , Yeomans L. E. , Yeroshenko V. , Yeung H. , Yin H. , Yu J. , Yuan X. , Zaffaroni E. , Zavertyaev M. , Zdybal M. , Zeng M. , Zhang C. , Zhang D. , Zhang L. , Zhang S. , Zhang S. , Zhang Y. , Zhang Y. , Zhao Y. , Zharkova A. , Zhelezov A. , Zheng Y. , Zhou T. , Zhou X. , Zhou Y. , Zhovkovska V. , Zhu X. , Zhu X. , Zhu Z. , Zhukov V. , Zou Q. , Zucchelli S. , Zuliani D. , Zunica G. 
Published: August 2023

Abstract
The associated production of prompt J/ψ and Υ mesons in pp collisions at a centre-of-mass energy of $$ \sqrt{s} $$

s

= 13 TeV is studied using LHCb data, corresponding to an integrated luminosity of 4 fb−1. The measurement is performed for J/ψ (Υ) mesons with a transverse momentum pT< 10 (30) GeV/c in the rapidity range 2.0 < y < 4.5. In this kinematic range, the cross-section of the associated production of prompt J/ψ and Υ(1S) mesons is measured to be 133 ± 22 ± 7 ± 3 pb, with a significance of 7.9 σ, and that of prompt J/ψ and Υ(2S) mesons to be 76 ± 21 ± 4 ± 7 pb, with a significance of 4.9 σ. The first uncertainty is statistical, the second systematic, and the third due to uncertainties on the used branching fractions. This is the first observation of the associated production of J/ψ and Υ(1S) in proton-proton collisions. Differential cross-sections are measured as functions of variables that are sensitive to kinematic correlations between the J/ψ and Υ(1S) mesons. The effective cross-sections of the associated production of prompt J/ψ and Υ mesons are obtained and found to be compatible with measurements using other particle productions.