Физики обнаружили дважды очарованный аналог протона

Физики из эксперимента LHCb на Большом адронном коллайдере обнаружили барион Ξ_cc⁺, состоящий из двух c-кварков и одного d-кварка. Значимость сигнала превысила семь стандартных отклонений, а масса частицы составила около 3619,97 мегаэлектронвольта. Результат представили на конференции Moriond, о нем говорится и в пресс-релизе CERN. 

Барионы состоят из трех кварков, и самый известный из них — протон, состоящий из двух u-кварков и одного d-кварка. Однако квантовая хромодинамика допускает и более тяжелые комбинации, в которых легкие кварки частично заменены c-, s-, b- или t-кварками. Такие частицы живут очень недолго, поэтому их свойства приходится восстанавливать по продуктам распада. Особый интерес для физиков представляют дважды очарованные барионы, содержащие сразу два с-кварка. В 2017 году LHCb уже открыла изоспиновый партнер новой частицы — Ξ_cc⁺⁺ с кварковым составом ccu. Для Ξ_cc⁺ с составом ccd до сих пор были лишь спорные указания: в начале 2000-х годов о такой частице сообщал эксперимент SELEX, оценивший ее массу в 3518,7 мегаэлектронвольта, но другие установки этот результат не подтвердили. Ученые из эксперимента LHCb раньше видели только намек на сигнал на уровне трех стандартных отклонений.  

Физики из эксперимента LHCb под руководством Винченцо Вагнони (Vincenzo Vagnoni) из Болонского отделения Национального института ядерной физики Италии искали распад Ξ_cc⁺ → Λ_c⁺K⁻π⁺, где Λ_c⁺ затем распадается на pK⁻π⁺. Для этого они использовали данные протон-протонных столкновений, собранные LHCb в 2024 году после модернизации детектора. Как отмечают авторы доклада, в ходе модернизации были заменены около 90 процентов чувствительных элементов, установка перешла на считывание с частотой 40 мегагерц, а аппаратный триггер был убран, что сделало отбор событий полностью программным. Это подняло эффективность регистрации для адронных конечных состояний в несколько раз.  

В результате физики обнаружили сигнал со значимостью более семи стандартных отклонений, то есть заметно выше обычного порога открытия в пять стандартных отклонений. После поправок на систематические эффекты LHCb получила для массы Ξ_cc⁺ значение около 3619,97 мегаэлектронвольта, а разность масс с Ξ_cc⁺⁺ составила –1,77 ± 0,84 мегаэлектронвольта, что укладывается в теоретические предсказания.  

Для LHCb это первая открытая после завершенной в 2023 году модернизации частица. Более подробно про работу детектора читайте в нашем материале «Прелестный кварк летит вперед».