Открытие новой субатомной частицы на Большом адронном коллайдере знаменует собой значительный прорыв в физике элементарных частиц. Ученые из Манчестерского университета сыграли ключевую роль в идентификации частицы, названной Ξcc⁺. Эта частица представляет собой тяжелый аналог протона и состоит из двух очарованных кварков и одного нижнего кварка.
Данное открытие является первым, сделанным с помощью модернизированного детектора LHCb, и стало результатом масштабного международного сотрудничества. В исследованиях участвуют более тысячи ученых из двадцати стран. Вклад Великобритании, и в частности Манчестерского университета, в этот проект был определяющим.
Открытие частицы Ξcc⁺ подтверждает предсказания Стандартной модели и завершает двадцатилетние поиски. Оно открывает новые возможности для изучения сильного взаимодействия, одной из фундаментальных сил природы, и углубляет понимание структуры материи.
Обнаружение тяжелого родственника протона, частицы Ξcc⁺, является важнейшим экспериментальным подтверждением Стандартной модели. Это достижение расширяет понимание сильного взаимодействия и кварковой структуры барионов, закладывая основу для будущих исследований в физике высоких энергий.
Художественная иллюстрация этой частицы протоноподобной частицы. Кредит: Крис Паркс
Ученые из Манчестерского университета сыграли ключевую роль в идентификации ранее неизвестных субатомных частиц на Большом адронном коллайдере (БАК) ЦЕРН. Частица, названная Ξcc⁺ (Xi-cc-plus), представляет собой тяжелый протоноподобный объект, состоящий из двух очарованных кварков и одного нижнего кварка.
Это знаменует собой первое открытие частиц с помощью современного детектора LHCb. Работа является частью масштабных мировых исследований, в которых участвуют более 1000 ученых из 20 стран. Великобритания внесла значительный вклад в этот проект, причем Манчестерскому университету удалось занять лидирующие позиции.
Более сильный родственник протона
Недавно обнаруженный Ξcc⁺ принадлежит к тому же семейству, что и протон, который был впервые идентифицирован в Манчестере Эрнестом Резерфордом и его коллегами в период с 1917 по 1919 год.как протон содержит два верхних и один нижний кварк, Ξcc⁺ заменяет верхние кварки более легкими очаровательными кварками.
Это открытие также основано на длительной истории исследований физических элементарных частиц в Манчестере. В 1950-х годах выступления ученых университета первыми идентифицировали члена Ξ (Xi) частицы, заложившие основу для каких-либо открытий.
Роль Манчестера в обновлении детектора LHCb
Профессор Крис Паркс, заведующий кафедрой физики и астрономии Университета, руководил международным сотрудничеством во время установки и начала эксплуатации современного детектора LHCb. Он также курировал участие в проекте Королевства на протяжении более десяти лет, руководя им с самого начала до завершения.
Команда Манчестерского LHCb спроектировала и изготовила основные части современной системы слежения, включая модули кремниевых пиксельных детекторов, собранные в помещении Шустера университета. Эти компоненты имеют решающее значение для точных определений определений частиц и сигналов идентификации, таких как Ξcc⁺.
Профессор Паркс сказал: «Эксперимент Резерфорда с золотой фольгой в подвале Манчестера изменил наше понимание материи, и сегодняшнее открытие основано на этом наследии с использованием самых современных технологий ЦЕРН». Обе вехи успеха, далеко в последнюю очередь, могут завести наши исследования, основанные на любопытстве. Это открытие уникальных возможностей современного детектора LHCb и дополнительный вклад Великобритании и Манчестера в эксперимент».
Расширенный детектор фиксирует блоки частиц
Доктор Стефано Де Капуа из Манчестерского университета руководил производством кремниевых детекторных модулей. Он описан как детектор главной камеры.
«Детектор представляет собой своего рода «камеру», которая отображает частицы, образующиеся на БАКе, и делает фотографии 40 миллионов раз в секунду. В нем используется специально разработанный кремниевый чип, который также имеет возможность использования в приложениях медицинской визуализации».
Как Ξcc⁺ Идентифицированные частицы
Исследователи обнаружили Ξcc⁺ наблюдая, как он обнаруживается на трех более легких частицах (Λc⁺ K⁻ π⁺). Эти события были зарегистрированы во время протон-протонных столкновений на БАКе в 2024 году, в первый год, когда современный модернизированный эксперимент LHCb работал на полную мощность.
Четкий сигнал около 915 событий был фактором при массе 3619,97 МэВ/с2. Этот результат соответствует предсказаниям, основанным на ранее обнаруженной родственной частице Ξcc⁺⁺.
Разгадка загадки двух квантов в физике элементарных частиц
Более 20 лет ученые обсуждали более ранние заявления о том, что эти частицы наблюдались, но эти выводы так и не были подтверждены. Новое измерение LHCb дает массу частиц, которая не соответствует предыдущему утверждению, но согласовывается с прогнозами ожиданиями, основанными на ее частицах-партнере.
Что будет дальше с ЦЕРН и Манчестером
Заглядывая в будущее, Манчестерский университет продолжит играть ведущую роль в следующей фазе программы LHC, известной как LHCb Upgrade 2. В этом обновлении будут использованы принципы высокосветящегося ускорителя LHC для сбора большего количества данных и более детального изучения отдельных частиц.
Подробности о Ξcc⁺ Открытие представлено на конференции Rencontres de Moriond Electroweak.