Исследователи собирают загадочные и причудливые пары

Ученые из Университета Осаки участвовали в эксперименте с ускорителем частиц, который произвел странную, крайне нестабильную частицу и определил ее массу. Это может способствовать лучшему пониманию внутренней работы сверхплотных нейтронных звезд.

Стандартная модель физики элементарных частиц утверждает, что большинство частиц состоят из групп всего шести типов фундаментальных сущностей, называемых кварками. Однако остается еще много неразгаданных тайн, одна из которых — Λ (1405), странный, но мимолетный лямбда-резонанс. Ранее считалось, что это особая комбинация трех кварков — верхнего, нижнего и странного — и понимание его состава может помочь раскрыть информацию об очень плотной материи в нейтронных звездах.

Теперь исследователи из Университета Осаки были частью команды, которая впервые успешно синтезировала Λ (1405), объединив K с^— Мезон и протон и определить их совокупную массу (массу и ширину). Буква К^— Мезон — это отрицательно заряженная частица, содержащая странный кварк и антикварк.

Схематическое изображение реакции, использованной для синтеза Λ (1405) путем слияния K- (зеленый кружок) с протоном (темно-синий кружок), которое происходит внутри ядра дейтрона. Кредит: Хироюки Номи

Самый обычный протон, из которого состоит привычная нам материя, имеет два верхних кварка и один нижний кварк. Исследователи показали, что лучше всего рассматривать Λ(1405) как временное состояние связывания для K.^— Мезон и протон, в отличие от трехкваркового возбужденного состояния.

В исследовании, недавно опубликованном в Буквы по физике б, группа описывает эксперимент, который они провели на ускорителе J-PARC. К^— Мезоны выстреливались в дейтериевую мишень, каждая из которых содержала один протон и один нейтрон. В успешной реакции A.J.^— Мезон выбрасывал нейтрон, который затем сливался с протоном, создавая желаемое значение Λ (1405). Формирование связанного состояния K^— Мезон и протон были возможны только потому, что нейтрон нес некоторую энергию», — говорит автор исследования Кентаро Иноуэ.

называется нечетным барионом Λ (1405 г.) и является схематической иллюстрацией эволюции материи. Кредит: Хироюки Номи

Одним из аспектов, который озадачил ученых в отношении Λ (1405), была его очень легкая общая масса, несмотря на наличие странного кварка, который примерно в 40 раз тяжелее верхнего кварка. В ходе эксперимента группе исследователей удалось успешно измерить комплексную массу Λ (1405), наблюдая за поведением продуктов распада.

(Вверху) Измеренное поперечное сечение реакции. По горизонтальной оси отложена энергия отдачи при столкновении K- и протонов, преобразованная в значение массы. Крупные реакционные события происходят при значениях массы ниже суммы масс К- и протона, что само по себе указывает на наличие Λ(1405). Воспроизведены данные, измеренные по теории рассеяния (сплошные линии). (Внизу) Распределение K^— и амплитуда рассеяния протонов. В квадрате они соответствуют поперечному сечению реакции и обычно представляют собой комплексные числа. Расчетные значения соответствуют измеренным данным. Когда действительная часть (сплошная линия) превышает ноль, значение мнимой части достигает своего максимального значения. Это типичное распределение резонансного состояния, определяющее комплексную массу. Стрелки указывают реальную часть. Авторы и права: 2023 г., Хироюки Номи, поул-позиция Λ (1405), измеренная в d (K^—п) реакции πΣ, Буквы по физике б

«Мы ожидаем, что успехи в этом типе исследований приведут к более точному описанию сверхплотной материи, лежащей в основе[{» attribute=»»>neutron star,” says Shingo Kawasaki, another study author. This work implies that Λ(1405) is an unusual state consisting of four quarks and one antiquark, making a total of 5 quarks, and does not fit the conventional classification in which particles have either three quarks or one quark and one antiquark.

This research may lead to a better understanding of the early formation of the Universe, shortly after the Big Bang, as well as what happens when matter is subject to pressures and densities well beyond what we see under normal conditions.

Reference: “Pole position of Λ(1405) measured in d(K−,n)πΣ reactions” by S. Aikawa, S. Ajimura, T. Akaishi, H. Asano, G. Beer, C. Berucci, M. Bragadireanu, P. Buehler, L. Busso, M. Cargnelli, S. Choi, C. Curceanu, S. Enomoto, H. Fujioka, Y. Fujiwara, T. Fukuda, C. Guaraldo, T. Hashimoto, R.S. Hayano, T. Hiraiwa, M. Iio, M. Iliescu, K. Inoue, Y. Ishiguro, S. Ishimoto, T. Ishikawa, K. Itahashi, M. Iwai, M. Iwasaki, K. Kanno, K. Kato, Y. Kato, S. Kawasaki, P. Kienle, Y. Komatsu, H. Kou, Y. Ma, J. Marton, Y. Matsuda, Y. Mizoi, O. Morra, R. Murayama, T. Nagae, H. Noumi, H. Ohnishi, S. Okada, Z. Omar, H. Outa, K. Piscicchia, Y. Sada, A. Sakaguchi, F. Sakuma, M. Sato, A. Scordo, M. Sekimoto, H. Shi, K. Shirotori, D. Sirghi, F. Sirghi, K. Suzuki, S. Suzuki, T. Suzuki, K. Tanida, H. Tatsuno, A.O. Tokiyasu, M. Tokuda, D. Tomono, A. Toyoda, K. Tsukada, O. Vazquez-Doce, E. Widmann, T. Yamaga, T. Yamazaki, H. Yim, Q. Zhang and J. Zmeskal, 20 December 2022, Physics Letters B.
DOI: 10.1016/j.physletb.2022.137637

The study was funded by the Japan Society for the Promotion of Science, Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology.