Cientistas da Universidade de Manchester desempenharam um papel fundamental na identificação de uma partícula subatômica previamente desconhecida no Grande Colisor de Hádrons (LHC) do CERN. A partícula, chamada Ξcc⁺ (Xi-cc-plus), é uma partícula pesada semelhante a um próton, composta por dois quarks charme e um quark down.
Esta é a primeira descoberta de partícula feita com o detector LHCb atualizado. A atualização faz parte de um esforço internacional importante que envolve mais de 1.000 pesquisadores de 20 países. O Reino Unido contribuiu mais do que qualquer outra nação, com Manchester exercendo uma liderança significativa.
Um Parente Mais Pesado do Próton
A recém-descoberta Ξcc⁺ pertence à mesma família que o próton, que foi primeiro identificado em Manchester por Ernest Rutherford e colegas entre 1917-1919. Enquanto um próton contém dois quarks up e um quark down, a Ξcc⁺ substitui os quarks up por quarks charme mais pesados.
Esta descoberta também se baseia em uma longa história de pesquisa em física de partículas na Universidade de Manchester. Na década de 1950, os cientistas da universidade foram os primeiros a identificar um membro da família de partículas Ξ (Xi), preparando o terreno para descobertas como esta.
O Papel de Manchester na Atualização do Detector LHCb
O professor Chris Parkes, chefe do Departamento de Física e Astronomia da Universidade, liderou a colaboração internacional durante a instalação e operação inicial do detector LHCb atualizado. Ele também supervisionou a participação do Reino Unido no projeto por mais de dez anos, guiando-o desde a aprovação inicial até a conclusão.
A equipe de Manchester do LHCb projetou e construiu partes essenciais do sistema de rastreamento atualizado, incluindo módulos de detector de pixel de silício montados no Edifício Schuster da universidade. Estes componentes são críticos para acompanhar com precisão os decaimentos de partículas e identificar sinais como o Ξcc⁺.
O professor Parkes disse: “O experimento da folha de ouro de Rutherford em um porão de Manchester transformou nossa compreensão da matéria, e a descoberta de hoje se baseia nesse legado, utilizando tecnologia de ponta no CERN. Ambos os marcos demonstram até onde a pesquisa impulsionada pela curiosidade pode nos levar. Esta descoberta destaca a extraordinária capacidade do detector LHCb atualizado e a força das contribuições do Reino Unido e de Manchester para o experimento.”
Detector Avançado Captura Colisões de Partículas
O Dr. Stefano De Capua, da Universidade de Manchester, liderou a produção dos módulos do detector de silício. Ele descreveu o detector como operando como uma câmera de alta velocidade.
“O detector é uma forma de ‘câmera’ que registra as partículas produzidas no LHC e tira fotografias 40 milhões de vezes por segundo. Ele utiliza um chip de silício projetado sob medida que também possui uma variante para uso em aplicações de imagem médica.”
Como a Partícula Ξcc⁺ Foi Identificada
Os pesquisadores detectaram a Ξcc⁺ observando como ela decai em três partículas mais leves (Λc⁺ K⁻ π⁺). Esses eventos de decaimento foram registrados durante colisões de prótons no LHC em 2024, o primeiro ano em que o experimento LHCb atualizado funcionou em plena capacidade.
Um sinal claro de cerca de 915 eventos foi medido a uma massa de 3619.97 MeV/c2. Este resultado corresponde a previsões baseadas em uma partícula relacionada previamente descoberta, a Ξcc⁺⁺.
Resolvendo um Mistério de Duas Décadas na Física de Partículas
Por mais de 20 anos, os cientistas debateram alegações anteriores de que essa partícula havia sido observada, mas essas descobertas nunca foram confirmadas. A nova medição do LHCb coloca a partícula a uma massa que não corresponde à alegação anterior, mas que concorda com as expectativas teóricas baseadas na partícula parceira.
O Que Vem a Seguir para o CERN e Manchester
A Universidade de Manchester continuará a desempenhar um papel de liderança na próxima fase do programa LHC, conhecida como LHCb Upgrade 2. Esta atualização aproveitará o acelerador LHC de Alta Luminosidade para coletar mais dados e explorar partículas raras em maior detalhe.
Detalhes da descoberta da Ξcc⁺ foram apresentados na conferência Rencontres de Moriond Electroweak.
