Observation of charmonium pairs produced exclusively in $pp$ collisions
R. Aaij
,
Y. Amhis
(1)
,
S. Barsuk
(1)
,
M. Borsato
(1)
,
O. Callot
(1)
,
O. Kochebina
(1)
,
J. Lefrançois
(1)
,
F. Machefert
(1)
,
A. Martin Sanchez
(1)
,
M. Nicol
(1)
,
P. Robbe
(1)
,
M.-H. Schune
(1)
,
M. Teklishyn
(1)
,
A. Vallier
(1)
,
B. Viaud
(1)
,
S. Akar
(2)
,
E. Aslanides
(2)
,
J. Cogan
(2)
,
W. Kanso
(2)
,
R. Legac
(2)
,
O. Leroy
(2)
,
G. Mancinelli
(2)
,
A. Mordà
(2, 3)
,
M. Perrin-Terrin
(2)
,
J. Serrano
(2)
,
A. Tsaregorodtsev
(2)
,
L. Beaucourt
(4)
,
M. Chefdeville
(4)
,
D. Decamp
(4)
,
N. Déléage
(4)
,
Ph. Ghez
(4)
,
J.-P. Lees
(4)
,
J.F. Marchand
(4)
,
M.-N. Minard
(4)
,
B. Pietrzyk
(4)
,
W. Qian
(4)
,
S. t'Jampens
(4)
,
V. Tisserand
(4)
,
E. Tournefier
(4)
,
Ziad Zj Ajaltouni
(5)
,
M. Baalouch
(5)
,
E. Cogneras
(5)
,
O. Deschamps
(5)
,
I. El Rifai
(5)
,
M. Grabalosa Gándara
(5)
,
Pierre Henrard
(5)
,
M. Hoballah
(5)
,
R. Lefèvre
(5)
,
J. Maratas
(5)
,
S. Monteil
(5)
,
V. Niess
(5)
,
Pascal Perret
(5)
,
Diego Alejandro Roa Romero
(5)
R. Aaij
- Fonction : Auteur
J. Cogan
- Fonction : Auteur
- PersonId : 750510
- IdHAL : julien-cogan
- ORCID : 0000-0001-7194-7566
- IdRef : 078779014
O. Leroy
- Fonction : Auteur
- PersonId : 171866
- IdHAL : olivier-leroy
- ORCID : 0000-0002-2589-240X
- IdRef : 169871835
M. Perrin-Terrin
- Fonction : Auteur
- PersonId : 741779
- IdHAL : perrin-terrin
- ORCID : 0000-0002-3568-1956
- IdRef : 179269666
J. Serrano
- Fonction : Auteur
- PersonId : 175327
- IdHAL : justine-serrano
- ORCID : 0000-0003-2489-7812
- IdRef : 127525521
M. Chefdeville
- Fonction : Auteur
- PersonId : 741874
- IdHAL : maximilien-chefdeville
- ORCID : 0000-0002-6553-6493
S. t'Jampens
- Fonction : Auteur
- PersonId : 736045
- IdHAL : stephane-tjampens
- ORCID : 0000-0003-4249-6641
Ziad Zj Ajaltouni
- Fonction : Auteur
- PersonId : 903794
E. Cogneras
- Fonction : Auteur
- PersonId : 743220
- IdHAL : eric-cogneras
- ORCID : 0000-0002-8933-9427
O. Deschamps
- Fonction : Auteur
- PersonId : 12089
- IdHAL : olivier-deschamps
- ORCID : 0000-0002-7047-6042
- IdRef : 161447368
Pierre Henrard
- Fonction : Auteur
- PersonId : 829303
M. Hoballah
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1174785
- IdHAL : mostafa-adam-hoballah-hobart
Pascal Perret
- Fonction : Auteur
- PersonId : 739797
- IdHAL : pascal-perret
- ORCID : 0000-0002-5732-4343
Diego Alejandro Roa Romero
- Fonction : Auteur
- PersonId : 769524
- IdRef : 172096839
Résumé
A search is performed for the central exclusive production of pairs of charmonia produced in proton-proton collisions. Using data corresponding to an integrated luminosity of $3{\rm\ fb}^{-1}$ collected at centre-of-mass energies of 7 and 8 TeV, $J/\psi J/\psi$ and $J/\psi\psi(2S)$ pairs are observed, which have been produced in the absence of any other activity inside the LHCb acceptance that is sensitive to charged particles in the pseudorapidity ranges $(-3.5,-1.5)$ and $(1.5,5.0)$. Searches are also performed for pairs of P-wave charmonia and limits are set on their production. The cross-sections for these processes, where the dimeson system has a rapidity between 2.0 and 4.5, are measured to be $$ \begin{array}{rl} \sigma^{J/\psi J/\psi} &= 58\pm10{(\rm stat)} \pm 6{(\rm syst)} {\rm\ pb} , \\ \sigma^{J/\psi\psi(2S)} &= 63 ^{+27}_{-18}{(\rm stat)}\pm 10{(\rm syst)} {\rm\ pb} , \\ \sigma^{\psi(2S)\psi(2S)} &< 237 {\rm\ pb}, \\ \sigma^{\chi_{c0}\chi_{c0}} &< 69 {\rm\ nb}, \\ \sigma^{\chi_{c1}\chi_{c1}} &< 45 {\rm\ pb}, \\ \sigma^{\chi_{c2}\chi_{c2}} &< 141 {\rm\ pb}, \\ \end{array} $$ where the upper limits are set at the 90% confidence level. The measured $J/\psi J/\psi$ and $J/\psi\psi(2S)$ cross-sections are consistent with theoretical expectations.