No LHC foi descoberta uma nova partícula pesada: confirmado um raro barião com dois quarks "charm".

Experiência no CERN encerra mais de 20 anos de procura com um resultado

Cientistas da Universidade de Manchester tiveram um papel decisivo na descoberta de uma nova partícula subatómica no Grande Colisor de Hadrões (LHC), no CERN. A partícula, designada Ξcc+ (Xi-cc-mais), é um novo tipo de partícula pesada semelhante a um protão, composta por dois quarks encanto e um quark down.

A partícula observada Ξcc+ é uma versão mais pesada do protão, que foi descoberto em Manchester por Ernest Rutherford e pelos seus colaboradores entre 1917 e 1919. O protão é constituído por dois quarks up e um quark down. Os pormenores da descoberta de Ξcc+ foram apresentados na conferência Rencontres de Moriond Electroweak.

Esta nova descoberta substitui os quarks up pelos seus equivalentes mais pesados - os quarks encanto. Também dá continuidade a uma tradição iniciada na década de 1950, quando físicos de Manchester foram os primeiros a identificar um membro da família de partículas Ξ (Xi).

Descoberta da partícula Ξcc+ no CERN com o detector LHCb modernizado

Este resultado foi o primeiro obtido com recurso ao detector LHCb modernizado - um grande projeto internacional em que participam mais de 1000 cientistas de 20 países.

O professor Chris Parks, chefe do departamento de Física e Astronomia da Universidade de Manchester, liderou a colaboração internacional durante a instalação e as primeiras operações do detector LHCb modernizado. A equipa do LHCb em Manchester concebeu e produziu componentes fundamentais do sistema de seguimento atualizado - módulos de detetores de píxeis de silício, montados no edifício Schuster da universidade. Estes detetores têm um papel central na reconstrução precisa dos decaimentos de partículas, nos quais foi detetado o sinal Ξcc+.

O professor Parks afirmou: «A experiência de Rutherford com folha de ouro na cave de Manchester mudou a nossa compreensão da matéria, e a descoberta de hoje dá continuidade a essa tradição, recorrendo a tecnologia de ponta no CERN. Ambos os feitos mostram até onde nos pode levar a investigação movida pela curiosidade».

O doutor Stefano De Capua, da Universidade de Manchester, que orientou a produção dos módulos dos detetores de silício, acrescentou: «O detector é uma espécie de "câmara" que regista as partículas produzidas no LHC e tira imagens 40 milhões de vezes por segundo. Utiliza um chip de silício especialmente desenvolvido, que também tem uma versão para aplicação em imagiologia médica».

A partícula Ξcc+ foi identificada através do seu decaimento em três partículas mais leves (Λc+ K- π+), registado em colisões protão-protão no LHC em 2024, no primeiro ano de funcionamento pleno da experiência LHCb modernizada. Foi observado um pico nítido de cerca de 915 eventos com massa de 3619,97 MeV/c², o que corresponde às expectativas baseadas na partícula parceira Ξcc++ anteriormente detetada.

Esta observação resolve uma questão que permanecia em aberto há mais de duas décadas, desde uma alegação não confirmada de deteção desta partícula. A partícula foi observada pelo detetor LHCb com uma massa incompatível com essa afirmação inicial, mas coerente com as previsões teóricas.