Inclusive $$\text {J}/\psi $$ production at midrapidity in pp collisions at $$\sqrt{s} = 13$$ TeV (2021)

Abstract We report on the inclusive $$\text {J}/\psi $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mtext>J</mml:mtext> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:mi>ψ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> production cross section measured at the CERN Large Hadron Collider in proton–proton collisions at a center-of-mass energy $$\sqrt{s}~=~13$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msqrt> <mml:mi>s</mml:mi> </mml:msqrt> <mml:mspace/> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mspace/> <mml:mn>13</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> TeV. The $$\text {J}/\psi $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mtext>J</mml:mtext> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:mi>ψ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> mesons are reconstructed in the $$\text {e}^{+}\text {e}^{-}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mtext>e</mml:mtext> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mtext>e</mml:mtext> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> decay channel and the measurements are performed at midrapidity ( $$|y|&lt;0.9$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mo>|</mml:mo> <mml:mi>y</mml:mi> <mml:mo>|</mml:mo> <mml:mo>&lt;</mml:mo> <mml:mn>0.9</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> ) in the transverse-momentum interval $$0&lt;p_{\mathrm{T}} &lt;40$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo>&lt;</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>p</mml:mi> <mml:mi>T</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>&lt;</mml:mo> <mml:mn>40</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> GeV/ $$c$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>c</mml:mi> </mml:math> , using a minimum-bias data sample corresponding to an integrated luminosity $$L_{\text {int}} = 32.2~\text {nb}^{-1}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>L</mml:mi> <mml:mtext>int</mml:mtext> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>32.2</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:msup> <mml:mtext>nb</mml:mtext> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> and an Electromagnetic Calorimeter triggered data sample with $$L_{\text {int}} = 8.3~\mathrm {pb}^{-1}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>L</mml:mi> <mml:mtext>int</mml:mtext> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>8.3</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>pb</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> . The $$p_{\mathrm{T}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>p</mml:mi> <mml:mi>T</mml:mi> </mml:msub> </mml:math> -integrated $$\text {J}/\psi $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mtext>J</mml:mtext> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:mi>ψ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> production cross section at midrapidity, computed using the minimum-bias data sample, is $$\text {d}\sigma /\text {d}y|_{y=0} = 8.97\pm 0.24~(\text {stat})\pm 0.48~(\text {syst})\pm 0.15~(\text {lumi})~\mu \text {b}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mtext>d</mml:mtext> <mml:mi>σ</mml:mi> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:mtext>d</mml:mtext> <mml:mi>y</mml:mi> <mml:mo>|</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>y</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>8.97</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.24</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mtext>stat</mml:mtext> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.48</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mtext>syst</mml:mtext> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.15</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mtext>lumi</mml:mtext> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mspace/> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mtext>b</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> . An approximate logarithmic dependence with the collision energy is suggested by these results and available world data, in agreement with model predictions. The integrated and $$p_{\mathrm{T}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>p</mml:mi> <mml:mi>T</mml:mi> </mml:msub> </mml:math> -differential measurements are compared with measurements in pp collisions at lower energies and with several recent phenomenological calculations based on the non-relativistic QCD and Color Evaporation models.