J-PARC-hiukkaskiihdyttimessä työskentelevät fyysikotJapani syntetisoi ensimmäistä kertaa baryoniresonanssin Λ(1405) yhdistämällä negatiivisesti varautuneen kaonin ja protonin. Tutkimus selvittää tämän epävakaan hiukkasen ominaisuuksia ja sen massaa. Λ(1405):n lisäanalyysi auttaa selittämään supertiheiden neutronitähtien sisäisen rakenteen, tutkijat sanovat.
Kaavioesitys aineen kehityksestä ja baryoniresonanssista Λ(1405). Kuva: Hiroyuki Noumi
Hiukkasfysiikan vakiomalliuskoo, että kaikki aine koostuu perustavanlaatuisista kvanttikentistä, joiden kvantit ovat 6 leptonia, 6 kvarkkia ja niitä vastaavia antihiukkasia. Kvarkkeja ei yleensä ole olemassa erikseen, vaan ne yhdistetään kahden ja kolmen ryhmiin muodostaen hadroneja, esimerkiksi protoneja ja neutroneja. Resonanssi tässä mallissa on lyhytaikainen hadronien kiihtynyt tila.
Fyysikot ovat opiskelleetbaryoniresonanssi Λ(1405). Mutta vuosien tutkimuksesta huolimatta tämän resonanssin epätavallisia ominaisuuksia on vaikea selittää. Esimerkiksi ei ole selvää, miksi sillä on kevyin massa negatiivisten pariteettibaryonien joukossa, vaikka se sisältää raskaampaa outoa kvarkkia, tutkijat huomauttavat.
Vastatakseen näihin kysymyksiin fyysikot suorittivathiukkaskiihdytintutkimus. Kokeen aikana negatiivisesti varautuneita kaoneja tai K-mesoneja (yhdestä oudosta kvarkista ja ylös antikvarkista koostuvia hadroneja) ammuttiin deuteriumkohteeseen, joissa jokaisessa oli yksi protoni ja yksi neutroni. Onnistuneessa reaktiossa K-mesoni tyrmäsi neutronin ja sulautui sitten protoniin luoden Λ(1405)-resonanssin.
Kaavio Λ(1405) saamiseksi. Kuva: Hiroyuki Noumi
Fyysikot ovat mitanneet hajoamistuotteita analysoimallakompleksimassa Λ(1405). Tutkijat huomauttavat, että K-mesonin ja protonin sitoutuneen tilan muodostuminen oli mahdollista vain siksi, että neutroni kantoi pois osan energiasta.
Tutkimuksen tulokset vahvistavat, että Λ(1405)on epätavallinen tila, joka muodostuu viidestä komponentista - neljästä kvarkista ja yhdestä antikvarkista. Se on parasta nähdä K-mesonin väliaikaisena sidottuna tilana, joka koostuu oudosta kvarkista ja ylös-kvarkista sekä protonista, joka sisältää kaksi ylä- ja yksi ala-kvarkki.
Fyysikot huomauttavat, että parempi ymmärrys baryonicresonanssi auttaa kuvaamaan tarkemmin neutronitähden ytimessä olevan ultrakorkean tiheyden aineen ominaisuuksia sekä universumin muodostumisprosesseja pian alkuräjähdyksen jälkeen.
Lue lisää:
Maan ydin tulee pian pyörimään eri suuntaan
Katso, kuinka vety-superjahti "lentää" veden yllä 75 solmun nopeudella
Linnunrata on galaktisen filamentin vuoksi epätavallisen suuri
Kannessa: J-PARC protonikiihdytin. Kuva: Patrick Dep, CC BY-SA 2.0, Wikimedia Commonsin kautta