Международная группа физиков, работающая с детектором LHCb на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, объявила об открытии новой элементарной частицы $\Xi_{cc}^+$ (кси-си-си-плюс). Обнаруженный барион стал первой частицей, найденной с помощью модернизированного оборудования в ходе масштабного международного проекта, в котором ведущую роль сыграли специалисты Манчестерского университета.
Новая частица во многом схожа с протоном, однако обладает значительно большей массой за счет своего состава. В то время как протон состоит из двух легких верхних кварков и одного нижнего, в структуру $\Xi_{cc}^+$ входят два тяжелых очарованных кварка. Это открытие подтверждает теоретические предсказания квантовой хромодинамики и завершает двадцатилетний период неопределенности: ранее другие научные группы заявляли об обнаружении этой частицы, но те данные не получили независимого подтверждения.
Технический успех эксперимента обеспечило обновление детектора LHCb, в частности системы отслеживания частиц. Кремниевые пиксельные модули, собранные в Манчестере под руководством профессора Криса Паркса, работают по принципу сверхскоростной камеры. Устройство делает 40 миллионов снимков в секунду, что позволяет фиксировать редчайшие события распада в условиях высокоэнергетических столкновений протонов. Примечательно, что технологии, разработанные для детектора, уже находят применение в гражданской сфере, включая системы медицинской визуализации.
История изучения подобных частиц началась более ста лет назад, когда Эрнест Резерфорд в стенах того же Манчестерского университета открыл протон. В середине XX века физики этого учреждения первыми идентифицировали представителей семейства кси-частиц. Нынешнее достижение продолжает эту научную традицию, опираясь на вычислительные мощности и инженерные решения нового поколения.
В ходе экспериментов 2024 года исследователи зафиксировали около 915 событий распада $\Xi_{cc}^+$ на более легкие частицы. Измеренная масса составила 3619,97 МэВ/c², что точно соответствует расчетам, основанным на свойствах ранее открытой частицы-партнера – $\Xi_{cc}^{++}$. В будущем ученые планируют продолжить работу в рамках второго этапа модернизации детектора, что позволит изучать еще более редкие процессы при повышенной светимости коллайдера. Подробные результаты исследования были представлены на научной конференции «Rencontres de Moriond».