Фізики з CERN зробили сенсаційне відкриття: на Великому адронному колайдері виявили нову субатомну частку, схожу на протон, яку назвали Ξcc+ (Xi-cc-плюс). Ця важка частка складається з двох чарм-кварків і одного даун-кварка, що робить її важчим «родичем» звичного протона.
Відкриття здійснено за допомогою нового вдосконаленого детектора LHCb, перше в історії використання після масштабного оновлення. Над модернізацією детектора працювали понад тисячу науковців із 20 країн, при цьому найбільший внесок зробила команда з Великої Британії, а ключові лідерські ролі виконували дослідники Манчестерського університету.
Ξcc+ належить до тієї ж сім’ї, що й протон, який відкрили Ернест Резерфорд і його колеги ще у 1917–1919 роках у Манчестері. На відміну від протона, у якому два ап-кварки і один даун-кварк, у Ξcc+ два легких кварки замінені на важчі чарм-кварки. Це відкриття продовжує багаторічну традицію Манчестерського університету у дослідженні кварків і розширенні розуміння того, як утворюється матерія.
Професор Кріс Паркс, керівник кафедри фізики та астрономії Манчестера, очолював міжнародну команду під час встановлення та запуску нового детектора. Манчестерські вчені спроєктували та виготовили критично важливі модулі силіконового детектора, що дозволяють відстежувати розпади часток із винятковою точністю.
«Експеримент Резерфорда з золотим фольгою в підвалі Манчестера змінив наше розуміння матерії, і сьогоднішнє відкриття будує на цій спадщині, використовуючи передові технології CERN», – зазначив Паркс.
Детектор працює як надшвидка камера, роблячи 40 мільйонів «знімків» часток за секунду, і використовує спеціально розроблений силіконовий чіп, який також може застосовуватися у медичній візуалізації, пояснив доктор Стефано Де Капуа.
Вчені виявили Ξcc+ шляхом аналізу його розпаду на три легші частки (Λc+, K–, π+). Під час зіткнень протонів у 2024 році, першого року повної роботи оновленого детектора, було зафіксовано близько 915 подій, а маса частки склала 3619,97 МеВ/c², що відповідає теоретичним прогнозам на основі відомого партнера Ξcc++.
Це відкриття також дозволило розв’язати більше ніж двадцятирічну наукову суперечку щодо попередніх непідтверджених заяв про спостереження цієї частки. Нові дані узгоджуються з сучасними теоретичними моделями та підтверджують існування Ξcc+.
У Манчестерському університеті вже планують наступний етап досліджень у рамках програми LHCb Upgrade 2. Використання високосвітлового прискорювача дозволить збирати значно більше даних і досліджувати рідкісні субатомні частки ще детальніше. Результати відкриття Ξcc+ були представлені на конференції Rencontres de Moriond Electroweak і свідчать про новий важливий крок у вивченні фундаментальної структури матерії.