CERN के LHCb प्रयोग ने खोजा नया 'डबली चार्मड' बेरिअन Ξ_cc⁺ — विज्ञान की दुनिया का दूसरा 'भारी प्रोटॉन'

17 मार्च 2026 को, यूरोपीय परमाणु अनुसंधान संगठन (CERN) के LHCb सहयोग ने आधिकारिक तौर पर एक नए उप-परमाणु कण, 'डबली चार्मड' बेरिअन Ξ_cc⁺ (Xi-cc-plus) की खोज की घोषणा की है। इस महत्वपूर्ण वैज्ञानिक उपलब्धि को 'रेनकोंट्रेस डी मोरियोन्ड इलेक्ट्रोवीक' (Rencontres de Moriond Electroweak) सम्मेलन के दौरान दुनिया के सामने रखा गया। यह खोज 2023 में LHCb डिटेक्टर के पूर्ण आधुनिकीकरण के बाद प्राप्त हुआ पहला सबसे बड़ा परिणाम माना जा रहा है।

यह नया खोजा गया कण भारी हैड्रोन परिवार का एक बेरिअन है, जो संरचनात्मक रूप से प्रोटॉन के समान है लेकिन इसमें दो अत्यंत भारी क्वार्क मौजूद हैं। इसकी विशिष्टता इसके क्वार्क संयोजन 'ccd' में निहित है, जिसमें दो 'चार्म' क्वार्क (c) और एक 'डाउन' क्वार्क (d) शामिल हैं। वैज्ञानिक रूप से यह 2017 में LHCb द्वारा खोजे गए कण Ξ_cc^{++} (ccu) का एक 'आइसोस्पिन पार्टनर' है, जो भौतिकी की गुत्थियों को सुलझाने में मदद करेगा।

इस खोज का मुख्य महत्व 'क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स' (QCD) के परीक्षण में निहित है। QCD वह सिद्धांत है जो उस प्रबल बल की व्याख्या करता है जो क्वार्कों को प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और परमाणु नाभिकों के भीतर मजबूती से बांधे रखता है। इस नए कण का सटीक द्रव्यमान 3619.97 ± 0.83 (stat.) ± 0.26 (syst.) (+1.90 / −1.30) MeV/c² मापा गया है, जो इसे एक सामान्य प्रोटॉन की तुलना में लगभग चार गुना अधिक भारी बनाता है।

सांख्यिकीय रूप से इस खोज की महत्ता 7σ (सात सिग्मा) से अधिक दर्ज की गई है, जो वैज्ञानिक जगत में खोज की पुष्टि के लिए आवश्यक 5σ के मानक स्तर से काफी ऊपर है। शोधकर्ताओं ने लगभग 915 विशिष्ट घटनाओं में इस कण के संकेतों को सफलतापूर्वक रिकॉर्ड किया है। जहाँ एक सामान्य प्रोटॉन में दो 'अप' क्वार्क और एक 'डाउन' क्वार्क (uud) होते हैं, वहीं इस कण में भारी 'चार्म' क्वार्कों की उपस्थिति इसे एक 'क्वार्क अपग्रेड' के रूप में स्थापित करती है।

आइंस्टीन के द्रव्यमान-ऊर्जा समीकरण E = mc² के अनुसार, इस कण का कुल द्रव्यमान मुख्य रूप से इसके भारी क्वार्कों की बंधन ऊर्जा से निर्धारित होता है। यह कण स्वभाव से अत्यंत अस्थिर है और पैदा होने के तुरंत बाद Ξ_cc⁺ → Λ_c⁺ K⁻ π⁺ चैनल के माध्यम से क्षय (decay) हो जाता है। इसके बाद Λ_c⁺ का पुनः क्षय p K⁻ π⁺ में होता है, जिससे वैज्ञानिकों को इसके अस्तित्व का प्रमाण मिलता है।

सैद्धांतिक अनुमानों के अनुसार, जटिल क्वांटम प्रभावों के कारण Ξ_cc⁺ का जीवनकाल इसकी 'बहन' कण Ξ_cc^{++} की तुलना में छह गुना तक कम हो सकता है। इसी कारण से इसे खोजना पहले के प्रयोगों के लिए एक बड़ी चुनौती बना हुआ था। 2002 के SELEX प्रयोग और LHCb के शुरुआती डेटा में इसके स्पष्ट संकेत नहीं मिल पाए थे, लेकिन हालिया तकनीकी सुधारों ने इस बाधा को पार कर लिया है।

यह ऐतिहासिक सफलता 2024 के 'रन 3' (Run 3) के दौरान हुए प्रोटॉन-प्रोटॉन टकरावों के डेटा विश्लेषण से मिली है। इसमें आधुनिक LHCb डिटेक्टर (Upgrade I) की संवेदनशीलता ने महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। 'डबली चार्मड' बेरिअन भारी क्वार्क भौतिकी के क्षेत्र में एक आदर्श प्रयोगशाला की तरह हैं, जो वैज्ञानिकों को टेट्राक्वार्क और पेंटाक्वार्क जैसी दुर्लभ अवस्थाओं के मॉडलों का कड़ाई से परीक्षण करने की सुविधा देते हैं।

LHCb सहयोग के प्रवक्ता विन्सेन्ज़ो वैग्नोनी ने इस पर टिप्पणी करते हुए कहा कि 2023 के अपग्रेड के बाद पहचाना गया यह पहला नया कण है और विज्ञान के इतिहास में केवल दूसरी बार दो भारी क्वार्क वाले बेरिअन का अवलोकन किया गया है। CERN के महानिदेशक मार्क थॉमसन ने भी इस उपलब्धि की सराहना करते हुए कहा कि यह उन्नत उपकरणों और शोधकर्ताओं की मेहनत का परिणाम है जो सीधे तौर पर नई खोजों की ओर ले जाता है।

आने वाले समय में, भौतिक विज्ञानी इस कण के सटीक जीवनकाल, स्पिन-पैरिटी और इसके विभिन्न क्षय मार्गों का गहराई से अध्ययन करने की योजना बना रहे हैं। यह लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (LHC) पर खोजा गया 80वां हैड्रॉन कण है। यह पूरी खोज 'स्टैंडर्ड मॉडल' की भविष्यवाणियों के अनुरूप है और परमाणु भौतिकी के क्षेत्र में प्रबल अंतःक्रियाओं को समझने के लिए एक नया द्वार खोलती है।