Fisici che lavorano all'acceleratore di particelle J-PARC inIl Giappone, per la prima volta, ha sintetizzato la risonanza barionica Λ (1405) combinando un kaone caricato negativamente e un protone. Lo studio chiarisce le proprietà di questa particella instabile e la sua massa. Ulteriori analisi di Λ(1405) aiuteranno a spiegare la struttura interna delle stelle di neutroni superdense, affermano gli scienziati.
Rappresentazione schematica dell'evoluzione della materia e della risonanza barionica Λ(1405). Immagine: Hiroyuki Noumi
Modello standard della fisica delle particelleritiene che tutta la materia sia costituita da campi quantistici fondamentali, i cui quanti sono 6 leptoni, 6 quark e le loro corrispondenti antiparticelle. Tipicamente, i quark non esistono separatamente, ma si combinano in gruppi di due e tre per formare adroni, come protoni e neutroni. In questo modello, la risonanza è lo stato eccitato di breve durata degli adroni.
I fisici studiano da molto temporisonanza barionica Λ(1405). Ma nonostante anni di ricerca, le proprietà insolite di questa risonanza sono difficili da spiegare. Ad esempio, non è chiaro il motivo per cui abbia la massa più leggera tra i barioni a parità negativa, anche se contiene un quark strano più pesante, notano i ricercatori.
Per rispondere a queste domande, i fisici hanno condottoricerca sugli acceleratori di particelle. Durante l'esperimento, kaoni o mesoni K caricati negativamente (adroni costituiti da un quark strano e un antiquark up) furono lanciati contro un bersaglio di deuterio, ciascuno dei quali aveva un protone e un neutrone. In una reazione riuscita, il mesone K elimina un neutrone e poi si fonde con un protone, creando la risonanza Λ(1405).
Schema per ottenere Λ(1405). Immagine: Hiroyuki Noumi
Analizzando i prodotti di decadimento, i fisici hanno misuratomassa complessa Λ(1405). I ricercatori notano che la formazione del mesone K e dello stato legato al protone è stata possibile solo perché il neutrone ha portato via parte dell'energia.
I risultati dello studio confermano che Λ(1405)è uno stato insolito formato da cinque componenti: quattro quark e un antiquark. È meglio vederlo come uno stato legato temporaneo di un mesone K, costituito da un quark strano e un quark up, e un protone, contenente due quark up e un quark down.
I fisici notano che una migliore comprensione del barionela risonanza aiuterà a descrivere in modo più accurato le proprietà della materia ad altissima densità che esiste nel nucleo di una stella di neutroni, nonché i processi di formazione dell'Universo subito dopo il Big Bang.
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In copertina: l'acceleratore di protoni J-PARC. Immagine: Patrick Dep, CC BY-SA 2.0, tramite Wikimedia Commons