Natuurkundigen werken aan de J-PARC deeltjesversneller inJapan synthetiseerde voor het eerst de baryonresonantie Λ (1405) door een negatief geladen kaon en een proton te combineren. De studie verduidelijkt de eigenschappen van dit onstabiele deeltje en zijn massa. Verdere analyse van Λ(1405) zal de interne structuur van superdense neutronensterren helpen verklaren, zeggen wetenschappers.
Schematische weergave van de evolutie van materie en baryonresonantie Λ(1405). Afbeelding: Hiroyuki Noumi
Standaardmodel van deeltjesfysicagelooft dat alle materie bestaat uit fundamentele kwantumvelden, waarvan de quanta 6 leptonen, 6 quarks en hun overeenkomstige antideeltjes zijn. In de regel bestaan quarks niet afzonderlijk, maar worden ze gecombineerd in groepen van twee en drie, waarbij ze hadronen vormen, bijvoorbeeld protonen en neutronen. Een resonantie in dit model is een kortstondige aangeslagen toestand van hadronen.
Natuurkundigen hebben gestudeerdbaryonresonantie Λ(1405). Maar ondanks jarenlang onderzoek zijn de ongebruikelijke eigenschappen van deze resonantie moeilijk te verklaren. Het is bijvoorbeeld niet duidelijk waarom het de lichtste massa heeft van de baryonen met negatieve pariteit, hoewel het een zwaardere vreemde quark bevat, merken de onderzoekers op.
Om deze vragen te beantwoorden, voerden natuurkundigen uitonderzoek naar deeltjesversnellers. Tijdens het experiment werden negatief geladen kaonen of K-mesonen (hadronen bestaande uit één vreemde quark en een up-antiquark) op een deuteriumdoelwit geschoten, die elk één proton en één neutron hadden. Bij een succesvolle reactie schakelde het K-meson een neutron uit en fuseerde vervolgens met een proton, waardoor de Λ(1405)-resonantie ontstond.
Schema voor het verkrijgen van Λ(1405). Afbeelding: Hiroyuki Noumi
Door vervalproducten te analyseren, hebben natuurkundigen gemetencomplexe massa Λ(1405). De onderzoekers merken op dat de vorming van een gebonden toestand van het K-meson en proton alleen mogelijk was omdat het neutron een deel van de energie meevoerde.
De resultaten van het onderzoek bevestigen dat Λ(1405)is een ongebruikelijke toestand gevormd uit vijf componenten: vier quarks en één antiquark. Het kan het beste worden gezien als een tijdelijke gebonden toestand van een K-meson, bestaande uit een vreemde quark en een up-quark, en een proton, dat twee up-quarks en één down-quark bevat.
Natuurkundigen wijzen erop dat een beter begrip van de baryonischeresonantie zal helpen om de eigenschappen van de materie met ultrahoge dichtheid die in de kern van een neutronenster bestaat, nauwkeuriger te beschrijven, evenals de processen van de vorming van het heelal kort na de oerknal.
Lees verder:
De kern van de aarde draait binnenkort in een andere richting
Zie hoe het superjacht op waterstof met 75 knopen over het water 'vliegt'
De Melkweg is abnormaal groot vanwege zijn galactische gloeidraad
Op de omslag: J-PARC protonenversneller. Afbeelding: Patrick Dep, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons