פיזיקאים העובדים במאיץ החלקיקים J-PARC ביפן, לראשונה סינתזה את תהודה הבריון Λ(1405) על ידי שילוב של קאון בעל מטען שלילי ופרוטון. המחקר מבהיר את תכונות החלקיק הלא יציב הזה ואת המסה שלו. ניתוח נוסף של Λ(1405) יעזור להסביר את המבנה הפנימי של כוכבי נויטרונים צפופים, אומרים מדענים.
ייצוג סכמטי של התפתחות החומר ותהודה באריון Λ(1405). תמונה: Hiroyuki Noumi
מודל סטנדרטי של פיזיקת חלקיקיםמאמין שכל החומר מורכב משדות קוונטיים בסיסיים, שהקוואנטים שבהם הם 6 לפטונים, 6 קווארקים והאנטי-חלקיקים המתאימים להם. ככלל, קווארקים אינם קיימים בנפרד, אלא משולבים בקבוצות של שניים ושלושה, ויוצרים הדרונים, למשל, פרוטונים וניוטרונים. תהודה במודל זה היא מצב נרגש קצר מועד של האדרונים.
פיזיקאים למדותהודה באריון Λ(1405). אבל למרות שנים של מחקר, קשה להסביר את המאפיינים יוצאי הדופן של תהודה זו. לדוגמה, לא ברור מדוע יש לו המסה הקלה ביותר מבין בריוני השוויון השלילי, למרות שהוא מכיל קווארק מוזר כבד יותר, מציינים החוקרים.
כדי לענות על שאלות אלה, ערכו פיזיקאיםמחקר מאיץ חלקיקים. במהלך הניסוי, קאוונים או K-mesons בעלי מטען שלילי (הדרונים המורכבים מקווארק מוזר אחד ואנטיקווארק למעלה) נורו לעבר מטרת דאוטריום, שלכל אחד מהם היו פרוטון אחד ונייטרון אחד. בתגובה מוצלחת, ה-K meson הפיל נויטרון ואז התמזג עם פרוטון, ויצר את תהודה Λ(1405).
תכנית להשגת Λ(1405). תמונה: Hiroyuki Noumi
לפי ניתוח תוצרי ריקבון, פיסיקאים מדדומסה מורכבת Λ(1405). החוקרים מציינים כי היווצרות מצב קשור של ה-K-meson והפרוטון הייתה אפשרית רק בגלל שהנייטרון סחב חלק מהאנרגיה.
תוצאות המחקר מאשרות כי Λ(1405)הוא מצב יוצא דופן שנוצר מחמישה מרכיבים - ארבעה קווארקים ואנטיקווארק אחד. מומלץ לראות אותו כמצב קשור זמני של K meson, המורכב מקווארק מוזר וקווארק למעלה, ופרוטון, המכיל שני קווארקים למעלה וקווארק אחד למטה.
פיזיקאים מציינים כי הבנה טובה יותר של הבריוןתהודה תעזור לתאר בצורה מדויקת יותר את תכונות החומר בצפיפות האולטרה-גבוהה שקיים בליבת כוכב נויטרונים, כמו גם את תהליכי היווצרות היקום זמן קצר לאחר המפץ הגדול.
קרא עוד:
ליבת כדור הארץ תסתובב בקרוב לכיוון אחר
צפו ביאכטת העל מימן 'עפה' מעל המים במהירות 75 קשר
שביל החלב גדול באופן חריג עבור החוט הגלקטי שלו
על הכריכה: מאיץ פרוטון J-PARC. תמונה: Patrick Dep, CC BY-SA 2.0, באמצעות ויקימדיה קומונס