Abstract
The production cross-section of J/ψ pairs in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of s = 13 TeV is measured using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 4.2 fb−1 collected by the LHCb experiment. The measurement is performed with both J/ψ mesons in the transverse momentum range 0 < pT< 14 GeV/c and rapidity range 2.0 < y < 4.5. The cross-section of this process is measured to be 16.36 ± 0.28 (stat) ± 0.88 (syst) nb. The contributions from single-parton scattering and double-parton scattering are separated based on the dependence of the cross-section on the absolute rapidity difference ∆y between the two J/ψ mesons. The effective cross-section of double-parton scattering is measured to be σeff = 13.1 ± 1.8 (stat) ± 2.3 (syst) mb. The distribution of the azimuthal angle ϕCS of one of the J/ψ mesons in the Collins-Soper frame and the pT-spectrum of the J/ψ pairs are also measured for the study of the gluon transverse-momentum dependent distributions inside protons. The extracted values of ⟨cos 2ϕCS⟩ and ⟨cos 4ϕCS⟩ are consistent with zero, but the presence of azimuthal asymmetry at a few percent level is allowed.
Original language | English |
---|---|
Article number | 88 |
Pages (from-to) | 1-40 |
Number of pages | 40 |
Journal | Journal of High Energy Physics |
Volume | 2024 |
Issue number | 3 |
Early online date | 14 Mar 2024 |
DOIs | |
Publication status | Published - Mar 2024 |
Bibliographical note
Publisher Copyright:© The Author(s) 2024.
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We would like to thank J.-P. Lansberg, H.-S. Shao, Y.-Q. Ma and L.-P. Sun for the helpful discussions on the quarkonium and quarkonium-pair production, and J.-P. Lansberg, H.-S. Shao, D. Boer, J. Bor, A. Colpani Serri, Z.-G. He and M. A. Nefedov for providing the SPS calculations. We express our gratitude to our colleagues in the CERN accelerator departments for the excellent performance of the LHC. We thank the technical and administrative staff at the LHCb institutes. We acknowledge support from CERN and from the national agencies: CAPES, CNPq, FAPERJ and FINEP (Brazil); MOST and NSFC (China); CNRS/IN2P3 (France); BMBF, DFG and MPG (Germany); INFN (Italy); NWO (Netherlands); MNiSW and NCN (Poland); MCID/IFA (Romania); MICINN (Spain); SNSF and SER (Switzerland); NASU (Ukraine); STFC (United Kingdom); DOE NP and NSF (U.S.A.). We acknowledge the computing resources that are provided by CERN, IN2P3 (France), KIT and DESY (Germany), INFN (Italy), SURF (Netherlands), PIC (Spain), GridPP (United Kingdom), CSCS (Switzerland), IFIN-HH (Romania), CBPF (Brazil), and Polish WLCG (Poland). We are indebted to the communities behind the multiple open-source software packages on which we depend. Individual groups or members have received support from ARC and ARDC (Australia); Key Research Program of Frontier Sciences of CAS, CAS PIFI, CAS CCEPP, Fundamental Research Funds for the Central Universities, and Sci. & Tech. Program of Guangzhou (China); Minciencias (Colombia); EPLANET, Marie Sk\u0142odowska-Curie Actions, ERC and NextGenerationEU (European Union); A*MIDEX, ANR, IPhU and Labex P2IO, and R\u00E9gion Auvergne-Rh\u00F4ne-Alpes (France); AvH Foundation (Germany); ICSC (Italy); GVA, XuntaGal, GENCAT, Inditex, InTalent and Prog. Atracci\u00F3n Talento, CM (Spain); SRC (Sweden); the Leverhulme Trust, the Royal Society and UKRI (United Kingdom).
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In: Journal of High Energy Physics, Vol. 2024, No. 3, 88, 03.2024, p. 1-40.
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AU - Mu, H.
AU - Mu, Z. M.
AU - Muhammad, E.
AU - Muheim, F.
AU - Mulder, M.
AU - Müller, K.
AU - Mũnoz-Rojas, F.
AU - Murta, R.
AU - Naik, P.
AU - Nakada, T.
AU - Nandakumar, R.
AU - Nanut, T.
AU - Nasteva, I.
AU - Needham, M.
AU - Neri, N.
AU - Neubert, S.
AU - Neufeld, N.
AU - Neustroev, P.
AU - Newcombe, R.
AU - Nicolini, J.
AU - Nicotra, D.
AU - Niel, E. M.
AU - Nikitin, N.
AU - Nogga, P.
AU - Nolte, N. S.
AU - Normand, C.
AU - Novoa Fernandez, J.
AU - Nowak, G.
AU - Nunez, C.
AU - Nur, H. N.
AU - Oblakowska-Mucha, A.
AU - Obraztsov, V.
AU - Oeser, T.
AU - Okamura, S.
AU - Oldeman, R.
AU - Oliva, F.
AU - Olocco, M.
AU - Onderwater, C. J.G.
AU - O’Neil, R. H.
AU - Otalora Goicochea, J. M.
AU - Ovsiannikova, T.
AU - Owen, P.
AU - Oyanguren, A.
AU - Ozcelik, O.
AU - Padeken, K. O.
AU - Pagare, B.
AU - Pais, P. R.
AU - Pajero, T.
AU - Palano, A.
AU - Palutan, M.
AU - Panshin, G.
AU - Paolucci, L.
AU - Papanestis, A.
AU - Pappagallo, M.
AU - Pappalardo, L. L.
AU - Pappenheimer, C.
AU - Parkes, C.
AU - Passalacqua, B.
AU - Passaleva, G.
AU - Passaro, D.
AU - Pastore, A.
AU - Patel, M.
AU - Patoc, J.
AU - Patrignani, C.
AU - Pawley, C. J.
AU - Pellegrino, A.
AU - Pepe Altarelli, M.
AU - Perazzini, S.
AU - Pereima, D.
AU - Pereiro Castro, A.
AU - Perret, P.
AU - Perro, A.
AU - Petridis, K.
AU - Petrolini, A.
AU - Petrucci, S.
AU - Pham, H.
AU - Pica, L.
AU - Piccini, M.
AU - Pietrzyk, B.
AU - Pietrzyk, G.
AU - Pinci, D.
AU - Pisani, F.
AU - Pizzichemi, M.
AU - Placinta, V.
AU - Plo Casasus, M.
AU - Polci, F.
AU - Poli Lener, M.
AU - Poluektov, A.
AU - Polukhina, N.
AU - Polyakov, I.
AU - Polycarpo, E.
AU - Ponce, S.
AU - Popov, D.
AU - Poslavskii, S.
AU - Prasanth, K.
AU - Promberger, L.
AU - Prouve, C.
AU - Pugatch, V.
AU - Puill, V.
AU - Punzi, G.
AU - Qi, H. R.
AU - Qian, W.
AU - Qin, N.
AU - Qu, S.
AU - Quagliani, R.
AU - Rachwal, B.
AU - Rademacker, J. H.
AU - Rama, M.
AU - Ramírez García, M.
AU - Ramos Pernas, M.
AU - Rangel, M. S.
AU - Ratnikov, F.
AU - Raven, G.
AU - Rebollo De Miguel, M.
AU - Redi, F.
AU - Reich, J.
AU - Reiss, F.
AU - Ren, Z.
AU - Resmi, P. K.
AU - Ribatti, R.
AU - Ricart, G. R.
AU - Riccardi, D.
AU - Ricciardi, S.
AU - Richardson, K.
AU - Richardson-Slipper, M.
AU - Rinnert, K.
AU - Robbe, P.
AU - Robertson, G.
AU - Rodrigues, E.
AU - Rodriguez Fernandez, E.
AU - Rodriguez Lopez, J. A.
AU - Rodriguez Rodriguez, E.
AU - Rogovskiy, A.
AU - Rolf, D. L.
AU - Rollings, A.
AU - Roloff, P.
AU - Romanovskiy, V.
AU - Romero Lamas, M.
AU - Romero Vidal, A.
AU - Romolini, G.
AU - Ronchetti, F.
AU - Rotondo, M.
AU - Roy, S. R.
AU - Rudolph, M. S.
AU - Ruf, T.
AU - Ruiz Diaz, M.
AU - Ruiz Fernandez, R. A.
AU - Ruiz Vidal, J.
AU - Ryzhikov, A.
AU - Ryzka, J.
AU - Saborido Silva, J. J.
AU - Sadek, R.
AU - Sagidova, N.
AU - Sahoo, N.
AU - Saitta, B.
AU - Salomoni, M.
AU - Sanchez Gras, C.
AU - Sanderswood, I.
AU - Santacesaria, R.
AU - Santamarina Rios, C.
AU - Santimaria, M.
AU - Santoro, L.
AU - Santovetti, E.
AU - Saputi, A.
AU - Saranin, D.
AU - Sarpis, G.
AU - Sarpis, M.
AU - Sarti, A.
AU - Satriano, C.
AU - Satta, A.
AU - Saur, M.
AU - Savrina, D.
AU - Sazak, H.
AU - Scantlebury Smead, L. G.
AU - Scarabotto, A.
AU - Schael, S.
AU - Scherl, S.
AU - Schertz, A. M.
AU - Schiller, M.
AU - Schindler, H.
AU - Schmelling, M.
AU - Schmidt, B.
AU - Schmitt, S.
AU - Schmitz, H.
AU - Schneider, O.
AU - Schopper, A.
AU - Schulte, N.
AU - Schulte, S.
AU - Schune, M. H.
AU - Schwemmer, R.
AU - Schwering, G.
AU - Sciascia, B.
AU - Sciuccati, A.
AU - Sellam, S.
AU - Semennikov, A.
AU - Senghi Soares, M.
AU - Sergi, A.
AU - Serra, N.
AU - Sestini, L.
AU - Seuthe, A.
AU - Shang, Y.
AU - Shangase, D. M.
AU - Shapkin, M.
AU - Shchemerov, I.
AU - Shchutska, L.
AU - Shears, T.
AU - Shekhtman, L.
AU - Shen, Z.
AU - Sheng, S.
AU - Shevchenko, V.
AU - Shi, B.
AU - Shields, E. B.
AU - Shimizu, Y.
AU - Shmanin, E.
AU - Shorkin, R.
AU - Shupperd, J. D.
AU - Silva Coutinho, R.
AU - Simi, G.
AU - Simone, S.
AU - Skidmore, N.
AU - Skuza, R.
AU - Skwarnicki, T.
AU - Slater, M. W.
AU - Smallwood, J. C.
AU - Smith, E.
AU - Smith, K.
AU - Smith, M.
AU - Snoch, A.
AU - Soares Lavra, L.
AU - Sokoloff, M. D.
AU - Soler, F. J.P.
AU - Solomin, A.
AU - Solovev, A.
AU - Solovyev, I.
AU - Song, R.
AU - Song, Y.
AU - Song, Y.
AU - Song, Y. S.
AU - Souza De Almeida, F. L.
AU - Souza De Paula, B.
AU - Spadaro Norella, E.
AU - Spedicato, E.
AU - Speer, J. G.
AU - Spiridenkov, E.
AU - Spradlin, P.
AU - Sriskaran, V.
AU - Stagni, F.
AU - Stahl, M.
AU - Stahl, S.
AU - Stanislaus, S.
AU - Stein, E. N.
AU - Steinkamp, O.
AU - Stenyakin, O.
AU - Stevens, H.
AU - Strekalina, D.
AU - Su, Y.
AU - Suljik, F.
AU - Sun, J.
AU - Sun, L.
AU - Sun, Y.
AU - Swallow, P. N.
AU - Swientek, K.
AU - Swystun, F.
AU - Szabelski, A.
AU - Szumlak, T.
AU - Szymanski, M.
AU - Tan, Y.
AU - Taneja, S.
AU - Tat, M. D.
AU - Terentev, A.
AU - Terzuoli, F.
AU - Teubert, F.
AU - Thomas, E.
AU - Thompson, D. J.D.
AU - Tilquin, H.
AU - Tisserand, V.
AU - T’Jampens, S.
AU - Tobin, M.
AU - Tomassetti, L.
AU - Tonani, G.
AU - Tong, X.
AU - Torres Machado, D.
AU - Toscano, L.
AU - Tou, D. Y.
AU - Trippl, C.
AU - Tuci, G.
AU - Tuning, N.
AU - Uecker, L. H.
AU - Ukleja, A.
AU - Unverzagt, D. J.
AU - Ursov, E.
AU - Usachov, A.
AU - Ustyuzhanin, A.
AU - Uwer, U.
AU - Vagnoni, V.
AU - Valassi, A.
AU - Valenti, G.
AU - Valls Canudas, N.
AU - Van Hecke, H.
AU - van Herwijnen, E.
AU - Van Hulse, C. B.
AU - Van Laak, R.
AU - van Veghel, M.
AU - Vazquez Gomez, R.
AU - Vazquez Regueiro, P.
AU - Vázquez Sierra, C.
AU - Vecchi, S.
AU - Velthuis, J. J.
AU - Veltri, M.
AU - Venkateswaran, A.
AU - Vesterinen, M.
AU - Vieira, D.
AU - Vieites Diaz, M.
AU - Vilasis-Cardona, X.
AU - Vilella Figueras, E.
AU - Villa, A.
AU - Vincent, P.
AU - Volle, F. C.
AU - vom Bruch, D.
AU - Vorobyev, V.
AU - Voropaev, N.
AU - Vos, K.
AU - Vrahas, C.
AU - Walsh, J.
AU - Walton, E. J.
AU - Wan, G.
AU - Wang, C.
AU - Wang, G.
AU - Wang, J.
AU - Wang, J.
AU - Wang, J.
AU - Wang, J.
AU - Wang, M.
AU - Wang, N. W.
AU - Wang, R.
AU - Wang, X.
AU - Wang, X. W.
AU - Wang, Y.
AU - Wang, Z.
AU - Wang, Z.
AU - Wang, Z.
AU - Ward, J. A.
AU - Watson, N. K.
AU - Websdale, D.
AU - Wei, Y.
AU - Westhenry, B. D.C.
AU - White, D. J.
AU - Whitehead, M.
AU - Wiederhold, A. R.
AU - Wiedner, D.
AU - Wilkinson, G.
AU - Wilkinson, M. K.
AU - Williams, M.
AU - Williams, M. R.J.
AU - Williams, R.
AU - Wilson, F. F.
AU - Wislicki, W.
AU - Witek, M.
AU - Witola, L.
AU - Wong, C. P.
AU - Wormser, G.
AU - Wotton, S. A.
AU - Wu, H.
AU - Wu, J.
AU - Wu, Y.
AU - Wyllie, K.
AU - Xian, S.
AU - Xiang, Z.
AU - Xie, Y.
AU - Xu, A.
AU - Xu, J.
AU - Xu, L.
AU - Xu, L.
AU - Xu, M.
AU - Xu, Z.
AU - Xu, Z.
AU - Xu, Z.
AU - Yang, D.
AU - Yang, S.
AU - Yang, X.
AU - Yang, Y.
AU - Yang, Z.
AU - Yang, Z.
AU - Yeroshenko, V.
AU - Yeung, H.
AU - Yin, H.
AU - Yu, C. Y.
AU - Yu, J.
AU - Yuan, X.
AU - Zaffaroni, E.
AU - Zavertyaev, M.
AU - Zdybal, M.
AU - Zeng, M.
AU - Zhang, C.
AU - Zhang, D.
AU - Zhang, J.
AU - Zhang, L.
AU - Zhang, S.
AU - Zhang, S.
AU - Zhang, Y.
AU - Zhang, Y.
AU - Zhang, Y. Z.
AU - Zhao, Y.
AU - Zharkova, A.
AU - Zhelezov, A.
AU - Zheng, X. Z.
AU - Zheng, Y.
AU - Zhou, T.
AU - Zhou, X.
AU - Zhou, Y.
AU - Zhovkovska, V.
AU - Zhu, L. Z.
AU - Zhu, X.
AU - Zhu, X.
AU - Zhu, Z.
AU - Zhukov, V.
AU - Zhuo, J.
AU - Zou, Q.
AU - Zuliani, D.
AU - Zunica, G.
AU - The LHCb Collaboration
N1 - Publisher Copyright: © The Author(s) 2024.
PY - 2024/3
Y1 - 2024/3
N2 - The production cross-section of J/ψ pairs in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of s = 13 TeV is measured using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 4.2 fb−1 collected by the LHCb experiment. The measurement is performed with both J/ψ mesons in the transverse momentum range 0 < pT< 14 GeV/c and rapidity range 2.0 < y < 4.5. The cross-section of this process is measured to be 16.36 ± 0.28 (stat) ± 0.88 (syst) nb. The contributions from single-parton scattering and double-parton scattering are separated based on the dependence of the cross-section on the absolute rapidity difference ∆y between the two J/ψ mesons. The effective cross-section of double-parton scattering is measured to be σeff = 13.1 ± 1.8 (stat) ± 2.3 (syst) mb. The distribution of the azimuthal angle ϕCS of one of the J/ψ mesons in the Collins-Soper frame and the pT-spectrum of the J/ψ pairs are also measured for the study of the gluon transverse-momentum dependent distributions inside protons. The extracted values of ⟨cos 2ϕCS⟩ and ⟨cos 4ϕCS⟩ are consistent with zero, but the presence of azimuthal asymmetry at a few percent level is allowed.
AB - The production cross-section of J/ψ pairs in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of s = 13 TeV is measured using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 4.2 fb−1 collected by the LHCb experiment. The measurement is performed with both J/ψ mesons in the transverse momentum range 0 < pT< 14 GeV/c and rapidity range 2.0 < y < 4.5. The cross-section of this process is measured to be 16.36 ± 0.28 (stat) ± 0.88 (syst) nb. The contributions from single-parton scattering and double-parton scattering are separated based on the dependence of the cross-section on the absolute rapidity difference ∆y between the two J/ψ mesons. The effective cross-section of double-parton scattering is measured to be σeff = 13.1 ± 1.8 (stat) ± 2.3 (syst) mb. The distribution of the azimuthal angle ϕCS of one of the J/ψ mesons in the Collins-Soper frame and the pT-spectrum of the J/ψ pairs are also measured for the study of the gluon transverse-momentum dependent distributions inside protons. The extracted values of ⟨cos 2ϕCS⟩ and ⟨cos 4ϕCS⟩ are consistent with zero, but the presence of azimuthal asymmetry at a few percent level is allowed.
KW - Hadron-Hadron Scattering
KW - Multi-Parton Interactions
KW - QCD
KW - Quarkonium
UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85192641918&partnerID=8YFLogxK
UR - http://www.scopus.com/inward/citedby.url?scp=85192641918&partnerID=8YFLogxK
U2 - 10.1007/JHEP03(2024)088
DO - 10.1007/JHEP03(2024)088
M3 - Article
AN - SCOPUS:85192641918
SN - 1126-6708
VL - 2024
SP - 1
EP - 40
JO - Journal of High Energy Physics
JF - Journal of High Energy Physics
IS - 3
M1 - 88
ER -