研究人員在歐洲核子研究組織 (CERN) 使用全球最大的粒子加速器，成功探測到一種新的重質子類似粒子，該粒子包含兩個魅夸克和一個下夸克。這種亞原子粒子被稱為 Xi-cc-plus (Ξcc⁺)，是從 CERN 的大型強子對撞機 (LHC) 的升級 LHCb (Large Hadron Collider beauty) 探測器中首次發現的。該加速器能夠將質子或離子加速至接近光速。這是質子的重型親戚，首次由紐西蘭物理學家和化學家厄尼斯特·盧瑟福於 1917 至 1919 年間發現。
與含有兩個上夸克和一個下夸克的質子不同，這種粒子擁有更重的魅夸克。根據曼徹斯特大學的報導，這一升級工程的主要貢獻者，該粒子的發現延續了自 1950 年代以來的傳承，當時第一個 Ξ (Xi) 粒子被識別。這個項目涉及來自 20 個國家的 1,000 多名科學家。
研究人員通過追蹤該粒子衰變為三個較輕的粒子，包括 Λc⁺、K⁻ 和 π⁺，來識別這一新粒子。這些粒子是在 2024 年 LHC 的質子-質子碰撞中觀察到的，這是升級後 LHCb 實驗的第一個完整運行年。根據團隊的說法，在 3,619.97 兆電子伏特 (MeV/c²) 的質量下，觀察到約 915 次事件的明顯峰值，這與其伴隨粒子 Ξcc⁺ 的預期相符。
新粒子的發現解決了一個困擾科學家超過二十年的謎團，此前曾有對該粒子的未確認觀察聲明。然而，新粒子所觀察到的質量與早期聲明不符，並符合理論預測。曼徹斯特大學的 Stefano de Capua 博士在舒斯特實驗室的潔淨室內測試 LHCb 矽探測器模組。
該升級和發現由曼徹斯特大學物理與天文學系的教授 Chris Parkes 博士主導。Parkes 在十多年內領導和指導了英國對該項目的貢獻。他表示，此次發現突顯了未來科學研究的激動人心的機會，並強調英國在 LHCb 升級 2 中的持續參與將對保持英國在粒子物理學前沿的重要性至關重要。
Parkes 小組開發了升級追蹤系統的關鍵部分，即在舒斯特大樓組裝的矽像素探測器模組。這些探測器在精確追蹤揭示 Ξcc⁺ 信號的衰變中發揮了重要作用。該探測器類似於一種相機，能夠以每秒 4,000 萬次的速度拍攝在 LHC 中產生的粒子影像。曼徹斯特大學的研究員 Stefano De Capua 博士表示，它利用定制設計的矽芯片，該芯片的變體也可用於醫學影像應用。
Parkes 博士指出，盧瑟福在曼徹斯特一個地下室進行的金箔實驗改變了我們對物質的理解，而今天的發現則利用 CERN 的尖端技術建立在這一傳承之上。這些成就展示了好奇心驅動的研究能達到的深遠影響。這一發現展示了升級後 LHCb 探測器的非凡能力，以及英國和曼徹斯特對該項目的貢獻之強大。
