Journal Article GSI-2025-00147

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Measurement of beauty-quark production in pp collisions at $ \sqrt{s} $ = 13 TeV via non-prompt D mesons

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2024
SISSA [Trieste]

Journal of high energy physics 10(10), 110 () [10.1007/JHEP10(2024)110]

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Report No.: CERN-EP-2024-055; arXiv:2402.16417

Abstract: The p$_{T}$-differential production cross sections of non-prompt D$^{0}$, D$^{+}$, and $ {\textrm{D}}_{\textrm{s}}^{+} $ mesons originating from beauty-hadron decays are measured in proton–proton collisions at a centre-of-mass energy $ \sqrt{s} $ = 13 TeV. The measurements are performed at midrapidity, |y| < 0.5, with the data sample collected by ALICE from 2016 to 2018. The results are in agreement with predictions from several perturbative QCD calculations. The fragmentation fraction of beauty quarks to strange mesons divided by the one to non-strange mesons, f$_{s}$/(f$_{u}$ + f$_{d}$), is found to be 0.114 ± 0.016 (stat.) ± 0.006 (syst.) ± 0.003 (BR) ± 0.003 (extrap.). This value is compatible with previous measurements at lower centre-of-mass energies and in different collision systems in agreement with the assumption of universality of fragmentation functions. In addition, the dependence of the non-prompt D meson production on the centre-of-mass energy is investigated by comparing the results obtained at $ \sqrt{s} $ = 5.02 and 13 TeV, showing a hardening of the non-prompt D-meson p$_{T}$-differential production cross section at higher $ \sqrt{s} $. Finally, the $ \textrm{b}\overline{\textrm{b}} $ production cross section per unit of rapidity at midrapidity is calculated from the non-prompt D$^{0}$, D$^{+}$, $ {\textrm{D}}_{\textrm{s}}^{+} $, and $ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $ hadron measurements, obtaining $ \textrm{d}\sigma /\textrm{d}y=75.2\pm 3.2\left(\textrm{stat}.\right)\pm 5.2{\left(\textrm{syst}.\right)}_{-3.2}^{+12.3}\left(\textrm{extrap}.\right) $ μb.

Keyword(s): p p: colliding beams ; quantum chromodynamics: perturbation theory ; fragmentation function: universality ; p p: scattering ; D0: direct production ; D+: direct production ; D/s+: direct production ; bottom: pair production ; fragmentation ; ALICE ; strange meson ; differential cross section: measured ; transverse momentum dependence ; energy dependence ; differential cross section: calculated ; rapidity dependence ; experimental results ; 5020 GeV-cms ; 13000 GeV-cms ; Hadron-Hadron Scattering ; Heavy Quark Production ; QCD

Classification:

Note: JHEP 10 (2024) 110. 31 pages, 8 captioned figures, 2 tables, authors from page 25, published version, figures at http://alice-publications.web.cern.ch/node/10826 "This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC-BY 4.0), which permits any use, distribution and reproduction in any medium, provided the original author(s) and source are credited."

Contributing Institute(s):
  1. ALICE (ALI)
  2. Detektorlabor (DTL)
  3. IT (CIT)
  4. ExtreMe Matter Institute, EMMI (EXM)
  5. Collaboration CERN: ALICE (ALICE@CERN)
Research Program(s):
  1. 612 - Cosmic Matter in the Laboratory (POF4-612) (POF4-612)
  2. HGS-HIRe - HGS-HIRe for FAIR (HGS-HIRe) (HGS-HIRe)
  3. SUC-GSI-Heidelberg - Strategic university cooperation GSI-U Heidelberg (SUC-GSI-HE) (SUC-GSI-HE)
  4. SUC-GSI-Frankfurt - Strategic university cooperation GSI-U Frankfurt/M (SUC-GSI-FR) (SUC-GSI-FR)
  5. SUC-GSI-Darmstadt - Strategic university cooperation GSI-TU Darmstadt (SUC-GSI-DA) (SUC-GSI-DA)
  6. STRONG-2020 - The strong interaction at the frontier of knowledge: fundamental research and applications (824093) (824093)
  7. DFG project G:(GEPRIS)491382106 - Open-Access-Publikationskosten / 2025-2027 / GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (491382106) (491382106)
Experiment(s):
  1. LHC: ALICE

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