Коллаборация LHCb на Большом адронном коллайдере в CERN объявила об обнаружении новой субатомной частицы — тяжёлого бариона, состоящего из двух очарованных кварков (c-кварков) и одного нижнего кварка (d-кварка). Эта частица по структуре аналогична протону — одной из самых распространённых частиц во Вселенной, но примерно в четыре раза тяжелее него благодаря замене лёгких кварков на тяжёлые c-кварки. Это стало первым открытием после модернизации БАК.
Художественное представление новой частицы. Источник изображения: CERN
Очередная модернизация БАК завершилась в 2022 году. Она повысила яркость установки. В 2023 году была завершена модернизация детекторов коллаборации LHCb, которая привела к замене около 90 % оборудования на более чувствительное. В 2017 году уже были намёки на открытие новой частицы, но данных было недостаточно. На обновлённом оборудовании в процессе наблюдений в 2024 году новую частицу удалось обнаружить с невероятной достоверностью 7 «сигма», тогда как для открытия достаточно достичь статистической значимости 5 «сигма».
Отметим, что тяжёлые барионы живут крайне недолго, поэтому их нельзя обнаружить напрямую. Такие частицы рождаются при столкновениях разогнанных протонов друг с другом (если говорить о БАК) и быстро распадаются. Анализ продуктов распада — тоже частиц, но уже известных (их энергий и траекторий), — позволяет вычислить породившие эти каскады короткоживущие частицы. Кстати, это уже 80-я по счёту новая частица, открытая с помощью БАК. Её масса оказалась равна 3619,97 МэВ (мегаэлектронвольта).
Открытие имеет ключевое значение для проверки моделей квантовой хромодинамики (QCD) — теории сильного взаимодействия, описывающей, как кварки связываются в барионы, мезоны и экзотические состояния вроде тетракварков и пентакварков. Барионы с двумя тяжёлыми кварками позволяют изучать сильное взаимодействие в режиме, когда два тяжёлых кварка находятся близко друг к другу, что отличается от условий в обычных протонах и нейтронах. Новые условия — это шанс обнаружить путь к новой физике. Хотя открытие вновь подтвердило верность Стандартной модели элементарных частиц, поиски любых несоответствий продолжаются.