Fizycy pracujący w akceleratorze cząstek J-PARC wJaponia po raz pierwszy zsyntetyzowała rezonans barionowy Λ(1405), łącząc ujemnie naładowany kaon i proton. Badanie wyjaśnia właściwości tej niestabilnej cząstki i jej masę. Naukowcy twierdzą, że dalsza analiza Λ(1405) pomoże wyjaśnić wewnętrzną strukturę supergęstych gwiazd neutronowych.
Schematyczne przedstawienie ewolucji materii i rezonansu barionowego Λ(1405). Zdjęcie: Hiroyuki Noumi
Model standardowy fizyki cząstek elementarnychuważa, że cała materia składa się z podstawowych pól kwantowych, których kwanty to 6 leptonów, 6 kwarków i odpowiadające im antycząstki. Z reguły kwarki nie istnieją osobno, ale łączą się w grupy po dwa i trzy, tworząc hadrony, na przykład protony i neutrony. Rezonans w tym modelu to krótkotrwały stan wzbudzony hadronów.
Fizycy studiowalirezonans barionowy Λ(1405). Ale pomimo lat badań, niezwykłe właściwości tego rezonansu są trudne do wyjaśnienia. Na przykład nie jest jasne, dlaczego ma najlżejszą masę spośród barionów o ujemnej parzystości, chociaż zawiera cięższy kwark dziwny, zauważają naukowcy.
Aby odpowiedzieć na te pytania, fizycy przeprowadzili badaniabadania nad akceleratorami cząstek. Podczas eksperymentu ujemnie naładowane kaony lub mezony K (hadrony składające się z jednego kwarku obcego i antykwarka górnego) zostały wystrzelone w tarczę deuterową, z której każdy miał jeden proton i jeden neutron. W udanej reakcji mezon K wybił neutron, a następnie połączył się z protonem, tworząc rezonans Λ(1405).
Schemat uzyskania Λ(1405). Zdjęcie: Hiroyuki Noumi
Fizycy dokonali pomiarów analizując produkty rozpadumasa zespolona Λ(1405). Naukowcy zauważają, że powstanie stanu związanego K-mezonu i protonu było możliwe tylko dlatego, że neutron zabrał część energii.
Wyniki badań potwierdzają, że Λ(1405)to niezwykły stan powstały z pięciu składników – czterech kwarków i jednego antykwarku. Najlepiej postrzegać go jako tymczasowy stan związany mezonu K, składającego się z kwarku dziwnego i kwarku górnego oraz protonu, zawierającego dwa kwarki górne i jeden dolny.
Fizycy zwracają uwagę, że lepsze zrozumienie barionurezonans pomoże dokładniej opisać właściwości materii o ultrawysokiej gęstości, która istnieje w jądrze gwiazdy neutronowej, a także procesy formowania się Wszechświata wkrótce po Wielkim Wybuchu.
Czytaj więcej:
Jądro Ziemi wkrótce zacznie obracać się w innym kierunku
Zobacz, jak superjacht wodorowy „przelatuje” nad wodą z prędkością 75 węzłów
Droga Mleczna jest nienormalnie duża jak na swoje galaktyczne włókno
Na okładce: akcelerator protonów J-PARC. Zdjęcie: Patrick Dep, CC BY-SA 2.0, za pośrednictwem Wikimedia Commons