Fysikere, der arbejder ved J-PARC partikelacceleratoren iJapan syntetiserede for første gang baryonresonansen Λ(1405) ved at kombinere en negativt ladet kaon og en proton. Undersøgelsen afklarer egenskaberne af denne ustabile partikel og dens masse. Yderligere analyse af Λ(1405) vil hjælpe med at forklare den indre struktur af supertætte neutronstjerner, siger videnskabsmænd.
Skematisk repræsentation af stoffets udvikling og baryonresonans Λ(1405). Billede: Hiroyuki Noumi
Standardmodel for partikelfysikmener, at alt stof består af fundamentale kvantefelter, hvis kvanter er 6 leptoner, 6 kvarker og deres tilsvarende antipartikler. Som regel eksisterer kvarker ikke separat, men kombineres i grupper på to og tre, og danner hadroner, for eksempel protoner og neutroner. En resonans i denne model er en kortvarig ophidset tilstand af hadroner.
Fysikere har studeretbaryon resonans Λ(1405). Men på trods af mange års forskning er de usædvanlige egenskaber ved denne resonans svære at forklare. For eksempel er det ikke klart, hvorfor den har den letteste masse blandt negativparitetsbaryonerne, selvom den indeholder en tungere mærkelig kvark, bemærker forskerne.
For at besvare disse spørgsmål gennemførte fysikere en undersøgelse i en partikelaccelerator.I eksperimentet blev negativt ladede kaoner eller K-mesoner (hadroner bestående af en mærkelig kvark og en op antikvark) affyret mod et deuteriummål, som hver havde en proton og en neutron.I en vellykket reaktion slog K-mesonen neutronen ud og smeltede derefter sammen med protonen, hvilket skabte Λ (1405) resonansen.
Skema til opnåelse af Λ(1405). Billede: Hiroyuki Noumi
Ved at analysere henfaldsprodukter har fysikere måltkompleks masse Λ(1405). Forskerne bemærker, at dannelsen af en bundet tilstand af K-mesonen og protonen kun var mulig, fordi neutronen bortførte noget af energien.
Resultaterne af undersøgelsen bekræfter, at Λ(1405)er en usædvanlig tilstand dannet af fem komponenter - fire kvarker og en antikvark. Det ses bedst som en midlertidig bundet tilstand af en K-meson, bestående af en mærkelig kvark og en op-kvark, og en proton, der indeholder to op-kvarker og en ned-kvark.
Fysikere påpeger, at en bedre forståelse af baryonresonans vil hjælpe til mere præcist at beskrive egenskaberne af det ultra-højdensitetsstof, der findes i kernen af en neutronstjerne, samt processerne for dannelsen af universet kort efter Big Bang.
Læs mere:
Jordens kerne vil snart dreje i en anden retning
Se brint-superyachten 'flyve' over vandet i 75 knob
Mælkevejen er unormalt stor for sin galaktiske filament
På coveret: J-PARC protonaccelerator. Billede: Patrick Dep, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons