Fysiker som arbetar vid J-PARC-partikelacceleratorn iJapan syntetiserade för första gången baryonresonansen Λ(1405) genom att kombinera en negativt laddad kaon och en proton. Studien klargör egenskaperna hos denna instabila partikel och dess massa. Ytterligare analys av Λ(1405) kommer att hjälpa till att förklara den inre strukturen hos supertäta neutronstjärnor, säger forskare.
Schematisk representation av materiens utveckling och baryonresonans Λ(1405). Bild: Hiroyuki Noumi
Standardmodell för partikelfysiktror att all materia består av grundläggande kvantfält, vars kvanta är 6 leptoner, 6 kvarkar och deras motsvarande antipartiklar. Som regel existerar kvarkar inte separat, utan kombineras i grupper om två och tre och bildar hadroner, till exempel protoner och neutroner. En resonans i denna modell är ett kortlivat exciterat tillstånd av hadroner.
Fysiker har studeratbaryonresonans Λ(1405). Men trots år av forskning är de ovanliga egenskaperna hos denna resonans svåra att förklara. Det är till exempel inte klart varför den har den lättaste massan bland negativ paritetsbaryonerna, även om den innehåller en tyngre konstig kvarg, konstaterar forskarna.
För att svara på dessa frågor genomförde fysikerforskning om partikelacceleratorer. Under experimentet sköts negativt laddade kaoner eller K-mesoner (hadroner bestående av en märklig kvark och en upp-antikvark) mot ett deuteriummål, som var och en hade en proton och en neutron. I en framgångsrik reaktion slog K-mesonen ut en neutron och slogs sedan samman med en proton, vilket skapade Λ(1405)-resonansen.
Schema för att erhålla Λ(1405). Bild: Hiroyuki Noumi
Genom att analysera sönderfallsprodukter har fysiker mättkomplex massa Λ(1405). Forskarna noterar att bildandet av ett bundet tillstånd av K-mesonen och protonen var möjlig endast för att neutronen förde bort en del av energin.
Resultaten av studien bekräftar att Λ(1405)är ett ovanligt tillstånd bildat av fem komponenter - fyra kvarkar och en antikvark. Det ses bäst som ett tillfälligt bundet tillstånd av en K-meson, bestående av en märklig kvark och en upp-kvark, och en proton, som innehåller två upp-kvarkar och en ned-kvark.
Fysiker påpekar att en bättre förståelse av baryonresonans kommer att hjälpa till att mer exakt beskriva egenskaperna hos den materia med ultrahög densitet som finns i kärnan av en neutronstjärna, såväl som processerna för bildandet av universum strax efter Big Bang.
Läs mer:
Jordens kärna kommer snart att snurra i en annan riktning
Se vätesuperyachten "flyga" över vattnet i 75 knop
Vintergatan är onormalt stor för sin galaktiska filament
På omslaget: J-PARC protonaccelerator. Bild: Patrick Dep, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons