ได้รับอนุภาคที่ผิดปกติของควาร์กห้าตัวในเครื่องเร่งความเร็ว

นักฟิสิกส์ที่ทำงานในเครื่องเร่งอนุภาค J-PARC ในญี่ปุ่นเป็นครั้งแรกที่สังเคราะห์แบริออนเรโซแนนซ์ Λ(1405) โดยการรวมคาออนที่มีประจุลบและโปรตอนเข้าด้วยกัน การศึกษาชี้แจงคุณสมบัติของอนุภาคที่ไม่เสถียรและมวลของมัน นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าการวิเคราะห์เพิ่มเติมของ Λ(1405) จะช่วยอธิบายโครงสร้างภายในของดาวนิวตรอนที่มีความหนาแน่นสูง

แผนผังแสดงวิวัฒนาการของสสารและแบริออนเรโซแนนซ์ Λ(1405) ภาพ: ฮิโรยูกิ โนมิ

แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาคเชื่อว่าสสารทั้งหมดประกอบด้วยสนามควอนตัมพื้นฐาน ซึ่งควอนตัมประกอบด้วยเลปตอน 6 ตัว ควาร์ก 6 ตัว และปฏิอนุภาคที่เกี่ยวข้องกัน ตามกฎแล้ว ควาร์กไม่มีอยู่แยกกัน แต่จะรวมกันเป็นกลุ่มสองและสามกลุ่ม ก่อตัวเป็นแฮดรอน เช่น โปรตอนและนิวตรอน เสียงสะท้อนในแบบจำลองนี้เป็นสถานะตื่นเต้นของฮาดรอนที่มีอายุสั้น

นักฟิสิกส์ได้รับการศึกษาเสียงสะท้อนของแบริออน Λ(1405) แต่แม้จะมีการวิจัยหลายปี คุณสมบัติที่ผิดปกติของเสียงสะท้อนนี้ก็ยากที่จะอธิบาย ตัวอย่างเช่น ยังไม่ชัดเจนว่าทำไมมันถึงมีมวลเบาที่สุดในบรรดาแบริออนพาริตีเชิงลบ แม้ว่ามันจะมีควาร์กแปลกที่หนักกว่าก็ตาม นักวิจัยตั้งข้อสังเกต

เพื่อตอบคําถามเหล่านี้นักฟิสิกส์ได้ทําการศึกษาในเครื่องเร่งอนุภาคในการทดลองมีประจุลบ kaons หรือ K-mesons (แฮดรอนที่ประกอบด้วยควาร์กแปลก ๆ หนึ่งตัวและแอนติควาร์ก) ถูกยิงไปที่เป้าหมายดิวเทอเรียมซึ่งแต่ละอันมีโปรตอนหนึ่งตัวและนิวตรอนหนึ่งตัวในปฏิกิริยาที่ประสบความสําเร็จ K--meson เคาะนิวตรอนออกแล้วหลอมรวมกับโปรตอนทําให้เกิดเสียงสะท้อน Λ(1405)

โครงการรับΛ(1405) ภาพ: ฮิโรยูกิ โนมิ

นักฟิสิกส์ได้ทำการวัดโดยการวิเคราะห์ผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวมวลเชิงซ้อน Λ(1405) นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าการก่อตัวของสถานะผูกพันของ K-meson และโปรตอนเป็นไปได้เพียงเพราะนิวตรอนนำพาพลังงานบางส่วนออกไป

ผลการศึกษายืนยันว่า Λ(1405)เป็นสถานะที่ผิดปกติซึ่งเกิดจากองค์ประกอบห้าอย่าง ได้แก่ ควาร์กสี่ตัวและแอนติควาร์กหนึ่งตัว พิจารณาได้ดีที่สุดว่าเป็นสถานะผูกมัดชั่วคราวของ K เมสัน ซึ่งประกอบด้วยควาร์กแปลกและอัพควาร์ก และโปรตอนที่มีอัพควาร์ก 2 ตัวและดาวน์ควาร์ก 1 ตัว

นักฟิสิกส์ชี้ให้เห็นถึงความเข้าใจที่ดีขึ้นของแบริออนเสียงสะท้อนจะช่วยอธิบายคุณสมบัติของสสารความหนาแน่นสูงพิเศษที่อยู่ในแกนกลางของดาวนิวตรอนได้แม่นยำยิ่งขึ้น ตลอดจนกระบวนการก่อกำเนิดจักรวาลหลังบิกแบงไม่นาน

อ่านเพิ่มเติม:

แกนโลกจะหมุนไปในทิศทางอื่นในไม่ช้า

ชมซูเปอร์ยอทช์ไฮโดรเจน 'บิน' เหนือน้ำด้วยความเร็ว 75 นอต

ทางช้างเผือกมีขนาดใหญ่ผิดปกติสำหรับเส้นใยดาราจักร

บนหน้าปก: เครื่องเร่งโปรตอน J-PARC รูปภาพ: Patrick Dep, CC BY-SA 2.0, ผ่าน Wikimedia Commons