Físicos trabalhando no acelerador de partículas J-PARC emO Japão sintetizou pela primeira vez a ressonância bariônica Λ(1405) combinando um kaon carregado negativamente e um próton. O estudo esclarece as propriedades desta partícula instável e sua massa. Uma análise mais aprofundada de Λ(1405) ajudará a explicar a estrutura interna das estrelas de nêutrons superdensas, dizem os cientistas.
Representação esquemática da evolução da matéria e ressonância bariônica Λ(1405). Imagem: Hiroyuki Noumi
Modelo Padrão de Física de Partículasacredita que toda matéria consiste em campos quânticos fundamentais, cujos quanta são 6 léptons, 6 quarks e suas antipartículas correspondentes. Como regra, os quarks não existem separadamente, mas são combinados em grupos de dois e três, formando hádrons, por exemplo, prótons e nêutrons. Uma ressonância neste modelo é um estado excitado de hádrons de curta duração.
Os físicos têm estudadoressonância bariônica Λ(1405). Mas, apesar de anos de pesquisa, as propriedades incomuns dessa ressonância são difíceis de explicar. Por exemplo, não está claro por que ele tem a massa mais leve entre os bárions de paridade negativa, embora contenha um quark estranho mais pesado, observam os pesquisadores.
Para responder a essas perguntas, os físicos conduzirampesquisa sobre aceleradores de partículas. Durante o experimento, kaons ou mésons K com carga negativa (hádrons que consistem em um quark estranho e um antiquark up) foram disparados contra um alvo de deutério, cada um dos quais tinha um próton e um nêutron. Numa reação bem-sucedida, o méson K eliminou um nêutron e depois se fundiu com um próton, criando a ressonância Λ(1405).
Esquema para obtenção de Λ(1405). Imagem: Hiroyuki Noumi
Ao analisar produtos de decaimento, os físicos medirammassa complexa Λ(1405). Os pesquisadores observam que a formação de um estado ligado do K-meson e do próton só foi possível porque o nêutron carregou parte da energia.
Os resultados do estudo confirmam que Λ(1405)é um estado incomum formado por cinco componentes - quatro quarks e um antiquark. É melhor visto como um estado ligado temporário de um méson K, consistindo de um quark estranho e um quark up, e um próton, contendo dois quarks up e um quark down.
Os físicos apontam que uma melhor compreensão do bariônicoa ressonância ajudará a descrever com mais precisão as propriedades da matéria de ultra-alta densidade que existe no núcleo de uma estrela de nêutrons, bem como os processos de formação do Universo logo após o Big Bang.
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Na capa: acelerador de prótons J-PARC. Imagem: Patrick Dep, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons