Físicos que trabajan en el acelerador de partículas J-PARC enJapón, sintetizó por primera vez la resonancia bariónica Λ(1405) combinando un kaón cargado negativamente y un protón. El estudio aclara las propiedades de esta partícula inestable y su masa. Un análisis más profundo de Λ(1405) ayudará a explicar la estructura interna de las estrellas de neutrones superdensas, dicen los científicos.
Representación esquemática de la evolución de la materia y resonancia bariónica Λ(1405). Imagen: Hiroyuki Noumi
Modelo estándar de física de partículascree que toda la materia se compone de campos cuánticos fundamentales, cuyos cuantos son 6 leptones, 6 quarks y sus correspondientes antipartículas. Por regla general, los quarks no existen por separado, sino que se combinan en grupos de dos y tres, formando hadrones, por ejemplo, protones y neutrones. Una resonancia en este modelo es un estado excitado de hadrones de corta duración.
Los físicos han estado estudiandoresonancia bariónica Λ(1405). Pero a pesar de años de investigación, las propiedades inusuales de esta resonancia son difíciles de explicar. Por ejemplo, no está claro por qué tiene la masa más ligera entre los bariones de paridad negativa, aunque contiene un quark extraño más pesado, señalan los investigadores.
Para responder a estas preguntas, los físicos realizaronInvestigación sobre aceleradores de partículas. Durante el experimento, se dispararon caones cargados negativamente o mesones K (hadrones que consisten en un quark extraño y un antiquark up) contra un objetivo de deuterio, cada uno de los cuales tenía un protón y un neutrón. En una reacción exitosa, el mesón K eliminó un neutrón y luego se fusionó con un protón, creando la resonancia Λ(1405).
Esquema para la obtención de Λ(1405). Imagen: Hiroyuki Noumi
Al analizar los productos de descomposición, los físicos han medidomasa compleja Λ(1405). Los investigadores señalan que la formación de un estado unido del mesón K y el protón fue posible solo porque el neutrón se llevó parte de la energía.
Los resultados del estudio confirman que Λ(1405)es un estado inusual formado por cinco componentes: cuatro quarks y un antiquark. Se ve mejor como un estado ligado temporal de un mesón K, que consta de un quark extraño y un quark arriba, y un protón, que contiene dos quarks arriba y un quark abajo.
Los físicos señalan que una mejor comprensión de la bariónicala resonancia ayudará a describir con mayor precisión las propiedades de la materia de ultra alta densidad que existe en el núcleo de una estrella de neutrones, así como los procesos de formación del Universo poco después del Big Bang.
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En la portada: acelerador de protones J-PARC. Imagen: Patrick Dep, CC BY-SA 2.0, a través de Wikimedia Commons