Científicos de la Universidad de Mánchester descubren nueva partícula pesada en el CERN

Científicos de la Universidad de Manchester han desempeñado un papel crucial en el descubrimiento de una nueva partícula subatómica en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. Esta partícula, conocida como ?_cc? (Xi?cc?plus), representa un nuevo tipo de partícula similar al protón, compuesta por dos quarks encantados y un quark abajo.

Este hallazgo marca la primera vez que se descubre una partícula utilizando el detector LHCb actualizado, un proyecto internacional que involucra a más de 1,000 científicos de 20 países. El Reino Unido ha realizado la mayor contribución nacional a esta mejora, con un liderazgo significativo por parte de Manchester.

La recién observada ?_cc? es un pariente más pesado del protón, que fue famoso por su descubrimiento en Manchester por Ernest Rutherford y sus colegas entre 1917 y 1919. Mientras que el protón está compuesto por dos quarks arriba y uno abajo, el nuevo descubrimiento reemplaza los quarks arriba por sus parientes más pesados: los quarks encantados. Este avance también extiende un legado iniciado en la década de 1950, cuando físicos de Manchester fueron los primeros en identificar a un miembro de la familia de partículas ? (Xi).

Papel clave del equipo de investigación

El profesor Chris Parkes, jefe del Departamento de Física y Astronomía de la universidad, lideró la colaboración internacional durante la instalación y operación inicial del detector LHCb Upgrade. Además, ha dirigido la contribución del Reino Unido al proyecto durante más de una década, desde su aprobación hasta su entrega.

El grupo LHCb de Manchester diseñó y construyó componentes clave del sistema de seguimiento mejorado, incluyendo módulos detectores de píxeles de silicio ensamblados en el edificio Schuster de la universidad. Estos detectores son fundamentales para reconstruir con precisión las desintegraciones de partículas en las que se observó la señal del ?_cc?.

El profesor Parkes comentó: “El experimento del oro en lámina realizado por Rutherford en un sótano de Manchester transformó nuestra comprensión sobre la materia, y el descubrimiento actual se basa en ese legado utilizando tecnología avanzada en el CERN. Ambos hitos demuestran hasta dónde puede llevarnos la investigación impulsada por la curiosidad”.

Nuevos horizontes en física de partículas

El Dr. Stefano De Capua, quien lideró la producción del módulo del detector de silicio, agregó: “El detector es una especie de ‘cámara’ que captura las partículas producidas en el LHC y toma fotografías 40 millones de veces por segundo. Utiliza un chip de silicio diseñado a medida que también tiene una variante para aplicaciones médicas”.

La partícula ?_cc? fue identificada a través de su descomposición en tres partículas más ligeras (?_c? K? ??), registradas durante colisiones protón-protón en el LHC en 2024, primer año completo del experimento LHCb Upgrade. Se observó un pico claro alrededor de 915 eventos con una masa de 3619.97 MeV/c², consistente con las expectativas basadas en una partícula compañera previamente descubierta, ?_cc??.

Dicho hallazgo resuelve una cuestión que había permanecido abierta durante más de dos décadas desde que se realizó una afirmación no confirmada sobre esta partícula. Ahora ha sido descubierta por LHCb con una masa incompatible con esa afirmación anterior y compatible con las expectativas teóricas basadas en la partícula compañera.

Afrontando nuevos desafíos científicos

En la próxima fase del programa LHC, la Universidad de Manchester jugará un papel destacado en el LHCb Upgrade 2, que está planeado para aprovechar el acelerador High-Luminosity LHC.

El profesor Parkes concluyó: “Este descubrimiento destaca las emocionantes oportunidades científicas que nos esperan mientras nos preparamos para la próxima generación de mejoras. La continua participación del Reino Unido en el LHCb Upgrade 2 será clave para asegurar que el país siga siendo líder en física de partículas”.

Los detalles sobre el descubrimiento del ?_cc? se presentaron durante la conferencia Rencontres de Moriond Electroweak.

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