Physiker arbeiten am Teilchenbeschleuniger J-PARC inJapan synthetisierte zum ersten Mal die Baryonenresonanz Λ(1405), indem es ein negativ geladenes Kaon und ein Proton kombinierte. Die Studie klärt die Eigenschaften dieses instabilen Teilchens und seiner Masse auf. Eine weitere Analyse von Λ(1405) wird helfen, die innere Struktur superdichter Neutronensterne zu erklären, sagen Wissenschaftler.
Schematische Darstellung der Materieentwicklung und Baryonenresonanz Λ(1405). Bild: Hiroyuki Noumi
Standardmodell der Teilchenphysikglaubt, dass alle Materie aus fundamentalen Quantenfeldern besteht, deren Quanten 6 Leptonen, 6 Quarks und ihre entsprechenden Antiteilchen sind. Quarks kommen in der Regel nicht einzeln vor, sondern sind in Zweier- und Dreiergruppen zu Hadronen zusammengefasst, zum Beispiel Protonen und Neutronen. Eine Resonanz in diesem Modell ist ein kurzlebiger angeregter Zustand von Hadronen.
Physiker haben studiertBaryonenresonanz Λ(1405). Doch trotz jahrelanger Forschung sind die ungewöhnlichen Eigenschaften dieser Resonanz schwer zu erklären. Zum Beispiel ist nicht klar, warum es unter den Baryonen mit negativer Parität die leichteste Masse hat, obwohl es ein schwereres seltsames Quark enthält, stellen die Forscher fest.
Um diese Fragen zu beantworten, haben Physiker durchgeführtTeilchenbeschleunigerforschung. Während des Experiments wurden negativ geladene Kaonen oder K-Mesonen (Hadronen bestehend aus einem Strange-Quark und einem Up-Antiquark) auf ein Deuterium-Target geschossen, von denen jedes ein Proton und ein Neutron hatte. Bei einer erfolgreichen Reaktion schlug das K-Meson ein Neutron aus und verschmolz dann mit einem Proton, wodurch die Λ(1405)-Resonanz entstand.
Schema zum Erhalten von Λ(1405). Bild: Hiroyuki Noumi
Durch die Analyse von Zerfallsprodukten haben Physiker gemessenkomplexe Masse Λ(1405). Die Forscher stellen fest, dass die Bildung eines gebundenen Zustands des K-Mesons und des Protons nur möglich war, weil das Neutron einen Teil der Energie mitnahm.
Die Ergebnisse der Studie bestätigen, dass Λ(1405)ist ein ungewöhnlicher Zustand, der aus fünf Komponenten besteht – vier Quarks und einem Antiquark. Man kann es sich am besten als vorübergehenden gebundenen Zustand eines K-Mesons vorstellen, das aus einem Strange-Quark und einem Up-Quark besteht, und eines Protons, das zwei Up-Quarks und ein Down-Quark enthält.
Physiker weisen darauf hin, dass ein besseres Verständnis des BaryonischenResonanz wird dazu beitragen, die Eigenschaften der Materie ultrahoher Dichte, die im Kern eines Neutronensterns existiert, sowie die Prozesse der Entstehung des Universums kurz nach dem Urknall genauer zu beschreiben.
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Auf dem Cover: Protonenbeschleuniger J-PARC. Bild: Patrick Dep, CC BY-SA 2.0, über Wikimedia Commons