Idag på EPS -konferensen om hög energifysik i Venedig, LHCb -experimentet vid CERNs Large Hadron Collider har rapporterat observation av Ξ _cc ⁺⁺ (Xi _cc ⁺⁺ ) en ny partikel som innehåller två charmkvarkar och en uppkvark. Förekomsten av denna partikel från familjen baryon förväntades av nuvarande teorier, men fysiker har letat efter sådana baryoner med två tunga kvarkar i många år. Massan av den nyligen identifierade partikeln är cirka 3621 MeV, som är nästan fyra gånger tyngre än den mest kända baryonen, protonen, en egenskap som härrör från sitt dubbelkarmade kvarkinnehåll. Det är första gången som en sådan partikel entydigt har detekterats.

Nästan allt som vi ser runt omkring oss består av baryoner, som är vanliga partiklar som består av tre kvarker, de mest kända är protoner och neutroner. Men det finns sex typer av befintliga kvarkar, och teoretiskt sett kan många olika potentiella kombinationer bilda andra typer av baryoner. Baryoner hittills är alla gjorda av, som mest, en tung kvark.

"Att hitta en dubbel tung kvarkbaryon är av stort intresse eftersom det kommer att vara ett unikt verktyg för att ytterligare undersöka kvantkromodynamik, teorin som beskriver den starka interaktionen, en av de fyra grundkrafterna, "sa Giovanni Passaleva, ny talesperson för LHCb -samarbetet. "Sådana partiklar kommer således att hjälpa oss att förbättra förutsägelsekraften hos våra teorier."

"I motsats till andra baryoner, där de tre kvarkerna utför en genomarbetad dans runt varandra, en dubbelt tung baryon förväntas fungera som ett planetsystem, där de två tunga kvarkerna spelar rollen som tunga stjärnor som kretsar runt varandra, med den lättare kvarken som kretsar runt detta binära system, "tillade Guy Wilkinson, tidigare talesperson för samarbetet.

Mäter egenskaperna för Ξ _cc ⁺⁺ kommer att hjälpa till att fastställa hur ett system med två tunga kvarkar och en lätt kvark beter sig. Viktiga insikter kan erhållas genom att exakt mäta produktions- och sönderfallsmekanismer, och livslängden för denna nya partikel.

Observationen av denna nya baryon visade sig vara utmanande och har möjliggjorts på grund av den höga produktionstakten av tunga kvarkar vid LHC och den unika förmågan hos LHCb -experimentet, som kan identifiera sönderfallsprodukterna med utmärkt effektivitet. Den Ξ _cc ⁺⁺ baryon identifierades via dess förfall till ett Λ _c ⁺ baryon och tre lättare mesoner K ^- , π ⁺ och π ⁺ .

Observationen av Ξ _cc ⁺⁺ i LHCb väcker förväntningarna på att upptäcka andra representanter för familjen av dubbel-tunga baryoner. De kommer nu att sökas efter på LHC.

Detta resultat är baserat på 13 TeV -data som spelats in under körning 2 på Large Hadron Collider, och bekräftade med hjälp av 8 TeV -data från körning 1. Samarbetet har skickat in ett papper som rapporterar dessa fynd till tidningen Fysiska granskningsbrev .