Учёные из Манчестерского университета сыграли ключевую роль в открытии новой субатомной частицы на Большом адронном коллайдере (LHC) в ЦЕРНе. Частица, получившая название Ξcc? (Кси-cc-плюс), представляет собой новый тип тяжёлой протоноподобной частицы, содержащей два очаровательных кварка и один нижний кварк.

Наблюдаемая частица Ξcc? является более тяжёлым родственником протона, который был открыт в Манчестере Эрнестом Резерфордом и его коллегами в 1917–1919 годах. Протон состоит из двух верхних кварков и одного нижнего кварка. Подробности открытия Ξcc? были представлены на конференции Rencontres de Moriond Electroweak.

Новое открытие заменяет верхние кварки их более тяжёлыми аналогами — очаровательными кварками. Оно продолжает традицию, начатую в 1950-х годах, когда физики из Манчестера первыми идентифицировали члена семейства частиц Ξ (Кси).

Это открытие стало первым результатом, достигнутым с использованием модернизированного детектора LHCb — крупного международного проекта, в котором участвуют более 1000 учёных из 20 стран.

Профессор Крис Паркс, глава кафедры физики и астрономии Манчестерского университета, возглавлял международное сотрудничество во время установки и первых операций модернизированного детектора LHCb. Группа LHCb из Манчестера разработала и создала ключевые компоненты модернизированной системы трекинга — модули кремниевых пиксельных детекторов, собранные в здании Шустера университета. Эти детекторы играют центральную роль в точной реконструкции распадов частиц, в которых был обнаружен сигнал Ξcc?.

Профессор Паркс отметил: «Эксперимент Резерфорда с золотой фольгой в подвале Манчестера изменил наше понимание материи, а сегодняшнее открытие продолжает эту традицию, используя передовые технологии в ЦЕРНе. Оба достижения демонстрируют, насколько далеко может завести нас исследование, движимое любопытством».

Доктор Стефано Де Капуа из Манчестерского университета, который руководил производством модулей кремниевых детекторов, добавил: «Детектор представляет собой своего рода "камеру", которая фиксирует частицы, производимые на LHC, и делает снимки 40 миллионов раз в секунду. Он использует специально разработанный кремниевый чип, который также имеет вариант для применения в медицинской визуализации».

Частица Ξcc? была идентифицирована через её распад на три более лёгкие частицы (Λc? K? π?), зарегистрированный в протон-протонных столкновениях на LHC в 2024 году, в первый год полной работы модернизированного эксперимента LHCb. Было зафиксировано чёткое пиковое значение около 915 событий при массе 3619,97 МэВ/c², что соответствует ожиданиям, основанным на ранее обнаруженной партнёрской частице Ξcc??.

Это наблюдение разрешает вопрос, остававшийся открытым более двух десятилетий, с тех пор как было сделано неподтверждённое заявление об обнаружении этой частицы. Частица была обнаружена детектором LHCb при массе, несовместимой с этим ранним заявлением, но соответствующей теоретическим ожиданиям.