Journal Article GSI-2026-00074

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Multiplicity dependence of ${\Xi }_{\text{c}}^{+}$ and ${\Xi }_{\text{c}}^{0}$ production in pp collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV

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2025
Springer Heidelberg

Journal of high energy physics 12(12), 38 () [10.1007/JHEP12(2025)038]

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Report No.: CERN-EP-2025-175; arXiv:2508.09955

Abstract: The first measurement at midrapidity (|y|< 0.5) of the production yield of the strange-charm baryons ${\Xi }_{\text{c}}^{+}$ and ${\Xi }_{\text{c}}^{0}$ as a function of transverse momentum (p$_{T}$) in different charged-particle multiplicity classes in proton-proton collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV with the ALICE experiment at the LHC is reported. The ${\Xi }_{\text{c}}^{+}$ baryon is reconstructed via the ${\Xi }_{\text{c}}^{+}\to {\Xi }^{-}{\pi }^{+}{\pi }^{+}$ decay channel in the range 4 < p$_{T}$< 12 GeV/c, while the ${\Xi }_{\text{c}}^{0}$ baryon is reconstructed via both the ${\Xi}_{\text{c}}^{0}\to {\Xi}^{-}{\pi }^{+}$ and ${\Xi}_{\text{c}}^{0}\to {\Xi}^{-}{\text{e}}^{+}{\nu }_{\text{e}}$ decay channels in the range 2 < p$_{T}$< 12 GeV/c. The baryon-to-meson $\left({\Xi}_{\text{c}}^{0,+}/{\text{D}}^{0}\right)$ and the baryon-to-baryon $\left({\Xi}_{\text{c}}^{0,+}/{\Lambda}_{\text{c}}^{+}\right)$ production yield ratios show no significant dependence on multiplicity. In addition, the observed yield ratios are not described by theoretical predictions that model charm-quark fragmentation based on measurements at e$^{+}$e$^{−}$ and e$^{−}$p colliders, indicating differences in the charm-baryon production mechanism in pp collisions. A comparison with different event generators and tunings, including different modelling of the hadronisation process, is also discussed. Moreover, the branching-fraction ratio of ${\text{BR}}\left({\Xi}_{\text{c}}^{0}\to {\Xi }^{-}{\text{e}}^{+}{\nu }_{\text{e}}\right)/{\text{BR}}\left({\Xi}_{\text{c}}^{0}\to {\Xi }^{-}{\pi }^{+}\right)$ is measured as 0.825 ± 0.094 (stat.) ± 0.081 (syst.). This value supersedes the previous ALICE measurement, improving the statistical precision by a factor of 1.6.[graphic not available: see fulltext]

Keyword(s): Charm Physics ; Hadron-Hadron Scattering ; Proton-Proton Scattering

Classification:

Note: Article funded by SCOAP3. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC-BY 4.0)

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)283604770 - SFB 1258: Neutrinos und Dunkle Materie in der Astro- und Teilchenphysik (NDM) (283604770) (283604770)
  8. 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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