Fysikere som jobber ved J-PARC-partikkelakseleratoren iJapan syntetiserte for første gang baryonresonansen Λ(1405) ved å kombinere en negativt ladet kaon og et proton. Studien klargjør egenskapene til denne ustabile partikkelen og dens masse. Ytterligere analyse av Λ(1405) vil bidra til å forklare den indre strukturen til supertette nøytronstjerner, sier forskere.
Skjematisk representasjon av utviklingen av materie og baryonresonans Λ(1405). Bilde: Hiroyuki Noumi
Standardmodell for partikkelfysikkmener at all materie består av fundamentale kvantefelt, hvor kvantene er 6 leptoner, 6 kvarker og deres tilsvarende antipartikler. Som regel eksisterer kvarker ikke separat, men kombineres i grupper på to og tre, og danner hadroner, for eksempel protoner og nøytroner. En resonans i denne modellen er en kortvarig opphisset tilstand av hadroner.
Fysikere har studertbaryonresonans Λ(1405). Men til tross for mange års forskning, er de uvanlige egenskapene til denne resonansen vanskelig å forklare. For eksempel er det ikke klart hvorfor den har den letteste massen blant baryoner med negativ paritet, selv om den inneholder en tyngre merkelig kvark, bemerker forskerne.
For å svare på disse spørsmålene, utførte fysikereforskning på partikkelakseleratorer. Under eksperimentet ble negativt ladede kaoner eller K-mesons (hadroner bestående av en merkelig kvark og en opp-antikvark) skutt mot et deuteriummål, som hver hadde ett proton og ett nøytron. I en vellykket reaksjon slo K-mesonen ut et nøytron og slo seg deretter sammen med et proton, og skapte Λ(1405)-resonansen.
Opplegg for å oppnå Λ(1405). Bilde: Hiroyuki Noumi
Ved å analysere forfallsprodukter har fysikere måltkompleks masse Λ(1405). Forskerne bemerker at dannelsen av en bundet tilstand av K-meson og proton var mulig bare fordi nøytronet tok med seg noe av energien.
Resultatene av studien bekrefter at Λ(1405)er en uvanlig tilstand dannet av fem komponenter - fire kvarker og en antikvark. Det er best sett på som en midlertidig bundet tilstand av en K-meson, bestående av en merkelig kvark og en opp-kvark, og et proton, som inneholder to opp-kvarker og en ned-kvark.
Fysikere påpeker at en bedre forståelse av baryonresonans vil bidra til mer nøyaktig å beskrive egenskapene til stoffet med ultrahøy tetthet som finnes i kjernen til en nøytronstjerne, samt prosessene for dannelsen av universet kort tid etter Big Bang.
Les mer:
Jordens kjerne vil snart snurre i en annen retning
Se hydrogensuperyachten "fly" over vannet i 75 knop
Melkeveien er unormalt stor for sin galaktiske filament
På omslaget: J-PARC protonakselerator. Bilde: Patrick Dep, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons