Учёные из Манчестерского университета сыграли ключевую роль в открытии ранее неизвестной субатомной частицы на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе. Частица, названная Ξ cc ⁺ (кси-си-си-плюс), стала первым открытием, сделанным с помощью полностью модернизированного детектора LHCb. Это достижение — результат масштабного международного сотрудничества с участием более тысячи исследователей из 20 стран, где Великобритания и Манчестер внесли решающий вклад.
Новая частица является тяжёлым «кузеном» знакомого всем протона. Если протон состоит из двух лёгких up-кварков и одного down-кварка, то в Ξ cc ⁺ два up-кварка заменены на значительно более тяжёлые charm-кварки, или очарованные кварки. Эти кварки обладают относительно большой массой (около 1,3 ГэВ/c²) и уникальным квантовым числом «очарование», а их время жизни составляет порядка триллионной доли секунды. Это открытие продолжает богатую традицию физики элементарных частиц в Манчестере, начатую ещё Эрнестом Резерфордом, открывшим протон в 1917-1919 годах, и продолженную в 1950-х годах обнаружением первой частицы из семейства Ξ.
Руководство манчестерской группы, в частности профессора Криса Паркса, было центральным в процессе модернизации детектора LHCb. Команда университета спроектировала и создала критически важные компоненты новой системы отслеживания частиц — кремниевые пиксельные детекторные модули. Эти модули, как объясняет доктор Стефано Де Капуа, работают как сверхскоростная камера, делающая 40 миллионов «снимков» столкновений частиц в секунду.
Частицу Ξ cc ⁺ удалось идентифицировать, наблюдая за её распадом на три более лёгкие частицы. Эти события были зафиксированы в 2024 году, во время первых полномасштабных запусков обновлённого эксперимента LHCb. Анализ данных выявил чёткий сигнал, соответствующий массе частицы в 3619.97 МэВ/c², что полностью согласуется с теоретическими предсказаниями.
Это открытие разрешило загадку, которая занимала учёных более двадцати лет. Ранее, в 2002 году, эксперимент SELEX в Фермилабе заявлял об обнаружении этой частицы, но его результаты не были приняты научным сообществом из-за низкой статистической значимости и отсутствия независимого подтверждения. Новые точные измерения LHCb не совпали с теми спорными результатами. Вместо этого они подтвердили расчёты, основанные на свойствах ранее открытой «парной» частицы Ξ cc ⁺⁺, наблюдение которой с высокой достоверностью было объявлено LHCb в 2017 году. Это стало важной вехой в проверке Стандартной модели физики частиц.
Впереди у Манчестерского университета и коллаборации LHCb новые амбициозные планы. Университет продолжит ведущую роль в следующем этапе программы — LHCb Upgrade 2. Этот проект будет использовать возможности модернизированного ускорителя High-Luminosity LHC для сбора ещё большего объёма данных, что позволит изучать экзотические и редкие частицы с беспрецедентной детальностью.
Источник: Physicists discover a heavy cousin of the proton at CERN’s Large Hadron Collider