Het LHCb-experiment op CERN heeft het bestaan aangetoond van een nieuw proton-achtig deeltje. Het is de eerste ontdekking met de in 2024 geüpgrade detector in Genève.
De ontdekking van het nieuwe Xi-cc-deeltje, door de onderzoekers het een zwaar proton genoemd, is vandaag gepresenteerd op de traditionele Moriond-voorjaarsconferentie in Frankrijk.
Het zeer instabiele deeltje bevat twee charm quarks en een down quark, en is met 3620 MeV ongeveer viermaal zo zwaar als een stabiel proton in atoomkernen. De ontdekking is gedaan in proton-protonbotsingen in de LHC-versneller, verzameld in 2024 in run3 van de LHC.
Het bestaan van het instabiele deeltje is afgeleid uit metingen van het verval naar drie lichtere deeltjes in de detector. In totaal zijn 915 vervalgebeurtenissen gevonden. Het signaal is zeer significant: 7 sigma, ruim voldoende voor de tern ontdekking.
Het nieuwe Xi-deeltje lijkt op een proton met een “quark upgrade” waar in plaats van twee up-quarks twee zwaardere charm-quarks aanwezig zijn. Charm-quarks zijn zwaardere familieleden van de up-quarks uit de tweede deeltjesgeneratie van het Standaardmodel. Ze hebben dezelfde lading en andere eigenschappen als up-quarks, maar een grotere massa.
Het deeltje is de partner van een ander Xi-deeltje met een up-quark in plaats van een down-quark dat al in 2017 is ontdekt en in theorie vrijwel dezelfde massa moest hebben. Het waarnemen van het nieuwe deeltje bleek experimenteel lastig, en is te danken aan technische verbeteringen aan de LHCb-detector.
Nikhef was actief betrokken bij die eerdere upgrade van de detector. Nikhef is een van de belangrijke partners in het LHCb-experiment, waarin vijftien landen samenwerken. LHCb is speciaal ingericht om eventuele verschillen tussen deeltjes en hun antideeltjes te bestuderen.
Daarnaast speuren de LHCb-onderzoekers permanent naar nog onbekende signalen in hun meetgegevens. Nikhef-onderzoeker Patrick Koppenburg van LHCb beheert een speciale webpagina https://koppenburg.ch/particles.html voor alle nieuw ontdekte deeltjes, mede om te laten zien dat na de ontdekking van het higgsdeeltjes in 2012 de deeltjesfysica nog volop ontdekkingen heeft gedaan.
Zijn teller staat momenteel op 80 deeltjes, waarvan de meeste overigens extreem instabiel zijn. De ontdekkingen leveren belangrijke tests voor de deeltjestheorie, met name die van de sterke wisselwerking tussen quarks.
Bron: LHCb-website op CERN
