LHCb -eksperiment annoncerer observation af en ny partikel med to tunge kvarker

I dag på EPS -konferencen om højenergifysik i Venedig, LHCb -eksperimentet ved CERN's Large Hadron Collider har rapporteret observation af Ξ _cc ⁺⁺ (Xi _cc ⁺⁺ ) en ny partikel indeholdende to charmkvarker og en opkvark. Eksistensen af ​​denne partikel fra baryon -familien var forventet af nuværende teorier, men fysikere har ledt efter sådanne baryoner med to tunge kvarker i mange år. Massen af ​​den nyligt identificerede partikel er omkring 3621 MeV, som er næsten fire gange tungere end den mest kendte baryon, protonen, en ejendom, der stammer fra dens dobbelt charmerede kvarkindhold. Det er første gang, at en sådan partikel entydigt er blevet påvist.

Næsten alt det, vi ser omkring os, er lavet af baryoner, som er almindelige partikler sammensat af tre kvarker, de mest kendte er protoner og neutroner. Men der er seks typer af eksisterende kvarker, og teoretisk set kunne mange forskellige potentielle kombinationer danne andre slags baryoner. Baryoner, der hidtil er observeret, er alle lavet af, højst, en tung kvark.

"At finde en dobbelt tung-kvark baryon er af stor interesse, da det vil give et unikt værktøj til yderligere at undersøge kvantekromodynamik, teorien, der beskriver det stærke samspil, en af ​​de fire grundlæggende kræfter, "sagde Giovanni Passaleva, ny talsmand for LHCb -samarbejdet. "Sådanne partikler vil således hjælpe os med at forbedre vores teoriers forudsigelseskraft."

"I modsætning til andre baryoner, hvor de tre kvarker udfører en udførlig dans omkring hinanden, en dobbelt tung baryon forventes at fungere som et planetsystem, hvor de to tunge kvarker spiller rollen som tunge stjerner, der kredser om hinanden, med den lettere kvark, der kredser omkring dette binære system, "tilføjede Guy Wilkinson, tidligere talsmand for samarbejdet.

Måling af egenskaberne for Ξ _cc ⁺⁺ vil hjælpe med at fastslå, hvordan et system med to tunge kvarker og en let kvark opfører sig. Vigtig indsigt kan opnås ved præcist at måle produktions- og henfaldsmekanismer, og levetiden for denne nye partikel.

Observationen af ​​denne nye baryon viste sig at være udfordrende og er blevet muliggjort på grund af den høje produktionshastighed af tunge kvarker ved LHC og de unikke egenskaber ved LHCb -eksperimentet, som kan identificere henfaldsprodukterne med fremragende effektivitet. Den Ξ _cc ⁺⁺ baryon blev identificeret via dets henfald til et Λ _c ⁺ baryon og tre lettere mesoner K ^- , π ⁺ og π ⁺ .

Observationen af ​​Ξ _cc ⁺⁺ i LHCb øger forventningerne til at opdage andre repræsentanter for familien af ​​dobbelt-tunge baryoner. De vil nu blive søgt efter på LHC.

Dette resultat er baseret på 13 TeV -data registreret under kørsel 2 ved Large Hadron Collider, og bekræftet ved hjælp af 8 TeV -data fra kørsel 1. Samarbejdet har indsendt et papir, der rapporterer disse resultater til journalen Fysisk gennemgangsbreve .