De LHCb-samenwerking heeft een nieuw deeltje gespot. Zijn massa en andere eigenschappen plaatsen het vierkant in de charmoniumfamilie die het bekendere J/ψ-deeltje omvat, dat het eerste deeltje was dat een "charm-quark" bevatte dat werd ontdekt en dat zijn ontdekkers een Nobelprijs voor natuurkunde opleverde. Toekomstige studies van de eigenschappen van deze nieuwe charmoniumstaat en zijn verwanten zullen natuurkundigen helpen de sterke kracht die quarks samenbindt beter te begrijpen, behoren tot de kleinste deeltjes die we kennen.

Charmoniumdeeltjes zijn twee-quarkdeeltjes (mesonen genaamd) die zijn samengesteld uit een charm-quark en zijn antimaterie-tegenhanger, de charme antiquark. Charm-quarks zijn de derde meest massieve van zes quark-types. Net als atomen, mesonen kunnen worden waargenomen in aangeslagen toestanden van hogere energie, waarin de samenstellende quarks van de mesonen in verschillende configuraties om elkaar heen bewegen. Deze verschillende rangschikkingen leiden tot een scala aan deeltjes met verschillende massa's en kwantumeigenschappen zoals spin, die kan worden gezien als de rotatie van een systeem om zijn as.

Het observeren van dergelijke aangeslagen toestanden en het meten van hun eigenschappen biedt een manier om modellen van kwantumchromodynamica (QCD) te testen, de theorie die beschrijft hoe quarks aan elkaar worden geplakt tot composietdeeltjes. Bovendien, kennis van de volledige verzameling van deze staten helpt bij het identificeren van exotische staten met meer dan drie quarks, zoals tetraquarks, die ook door QCD worden voorspeld, maar pas recentelijk zijn ontdekt. Als alle aangeslagen toestanden worden verantwoord, natuurkundigen kunnen er meer vertrouwen in hebben dat de overgebleven exoten exotisch zijn.

Om het nieuwe charmoniumdeeltje te vangen, de LHCb-samenwerking, een van de vier belangrijkste experimenten bij de Large Hadron Collider, bestudeerde het verval van charmoniumtoestanden geproduceerd in proton-protonbotsingen in paren D-mesonen, het gebruik van gegevens die zijn vastgelegd tussen 2011 en 2018; D-mesonen zijn de lichtste deeltjes die charm-quarks bevatten. De samenwerking mat het bereik van massa's van de D-meson-paren en telde vervolgens op hoe vaak ze elke massawaarde binnen het gemeten bereik registreerden. Ze zochten toen naar een overdaad aan gebeurtenissen, of stoten, in deze massadistributie, en vond een nieuwe smalle piek bij een massa die overeenkomt met een voorheen niet-waargenomen charmoniumtoestand die de ψ3 (1D) wordt genoemd. Het deeltje heeft een spinwaarde van 3, waardoor dit de eerste waarneming is van een spin-3 charmoniumtoestand. De hoge spinwaarde zou de smalle breedte van de piek kunnen verklaren en het feit dat het zo lang heeft geduurd om te vinden.