Исследователи из Манчестерского университета внесли решающий вклад в обнаружение новой субатомной частицы на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе. Обнаруженная частица получила обозначение Ξcc+ (Кси-cc-плюс) и является представителем редкого класса тяжёлых барионов, состоящих из двух «очаровательных» кварков и одного нижнего кварка.
Исторический контекст и природа открытия
Частица Ξcc+ выступает более массивным «родственником» протона — элементарной частицы, открытие которой принадлежит Эрнесту Резерфорду и его коллегам, работавшим в Манчестере в 1917–1919 годах. В то время как протон состоит из пары верхних кварков и одного нижнего, в новой частице верхние кварки замещены их более тяжёлыми аналогами — «очаровательными» кварками. Это событие продолжает славную традицию физической школы Манчестера, начатую еще в 1950-х годах с первой идентификации частиц семейства Ξ (Кси). Подробные данные исследования были представлены научному сообществу на конференции Rencontres de Moriond Electroweak.
Иллюстрация: Chris Parkes
Роль модернизированного детектора LHCb
Это открытие стало первым крупным успехом модернизированного детектора LHCb — масштабного международного проекта, объединяющего усилия более 1000 специалистов из 20 стран мира. Профессор Крис Паркс, возглавляющий кафедру физики и астрономии Манчестерского университета, руководил международной группой в период подготовки и запуска обновленного детектора.
Манчестерская команда LHCb спроектировала и изготовила важнейшие узлы системы трекинга — модули кремниевых пиксельных детекторов. Сборка компонентов проходила в университетском здании Шустера. Именно эти датчики обеспечили необходимую точность при реконструкции распадов частиц, позволившую вычленить сигнал Ξcc+ из фонового шума.
Мнение экспертов
Профессор Паркс подчеркнул преемственность научных поисков: «Классический эксперимент Резерфорда с золотой фольгой, проведенный в подвале Манчестерского университета, коренным образом изменил наши представления о материи. Сегодняшнее открытие в ЦЕРНе продолжает эту линию, опираясь на новейшие технологии. Оба примера доказывают, что фундаментальные исследования, движимые любопытством, открывают новые горизонты».
Доктор Стефано Де Капуа, руководивший производством кремниевых детекторов, добавил: «Наш детектор работает как сверхбыстрая камера, фиксирующая частицы, рождающиеся при столкновениях на БАК, со скоростью до 40 миллионов кадров в секунду. В основе системы лежат специализированные кремниевые чипы, перспективные версии которых также находят применение в медицинской визуализации».
Технические подробности фиксации Ξcc+
Обнаружение частицы Ξcc+ стало возможным благодаря анализу данных о протон-протонных столкновениях на БАК в 2024 году, в первый год эксплуатации модернизированной установки LHCb. Идентификация прошла через цепочку распада на три более легкие частицы (Λc+ K- π+). Ученые зафиксировали отчетливый пик, соответствующий примерно 915 событиям с массой 3619,97 МэВ/c². Это значение полностью совпадает с теоретическими прогнозами и данными о ранее обнаруженной партнерской частице.
Данный результат закрыл научную дискуссию, длившуюся более двадцати лет. В прошлом уже появлялись заявления об обнаружении подобной частицы, однако новые данные LHCb показали, что масса объекта не соответствует ранним сомнительным сообщениям, но идеально ложится в рамки актуальных теоретических ожиданий физики частиц.
