Οι ερευνητές συλλέγουν μυστηριώδεις, μυστηριώδεις παρίες

Οι επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Οσάκα συμμετείχαν σε ένα πείραμα επιταχυντή σωματιδίων που παρήγαγε ένα παράξενο, εξαιρετικά ασταθές σωματίδιο και προσδιόρισε τη μάζα του. Αυτό θα μπορούσε να συμβάλει στην καλύτερη κατανόηση της εσωτερικής λειτουργίας των υπερπυκνών αστέρων νετρονίων.

Το Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής των Σωματιδίων δηλώνει ότι τα περισσότερα σωματίδια αποτελούνται από ομάδες μόλις έξι τύπων θεμελιωδών οντοτήτων που ονομάζονται κουάρκ. Ωστόσο, υπάρχουν ακόμη πολλά άλυτα μυστήρια, ένα από τα οποία είναι το Λ (1405), μια παράξενη αλλά φευγαλέα αντήχηση λάμδα. Παλαιότερα πιστευόταν ότι ήταν ένας συγκεκριμένος συνδυασμός τριών κουάρκ -πάνω, κάτω και παράξενο- και η απόκτηση γνώσεων σχετικά με τη σύνθεσή του θα μπορούσε να βοηθήσει στην αποκάλυψη πληροφοριών σχετικά με την πολύ πυκνή ύλη στα αστέρια νετρονίων.

Τώρα, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Οσάκα ήταν μέρος μιας ομάδας που συνέθεσε με επιτυχία το Λ (1405) για πρώτη φορά συνδυάζοντας το Κ με^– Μεσόνιο και πρωτόνιο και προσδιορίστε τη συνδυασμένη μάζα τους (μάζα και πλάτος). Το γράμμα Κ^– Το μεσόνιο είναι ένα αρνητικά φορτισμένο σωματίδιο που περιέχει ένα παράξενο κουάρκ και ένα αντικουάρκ.

Σχηματική απεικόνιση της αντίδρασης που χρησιμοποιήθηκε για τη σύνθεση του Λ (1405) με σύντηξη ενός Κ- (πράσινος κύκλος) με ένα πρωτόνιο (σκούρο μπλε κύκλος), το οποίο εμφανίζεται μέσα σε έναν πυρήνα δευτερονίου. Πίστωση: Hiroyuki Nomi

Το πιο κοινό πρωτόνιο που συνθέτει την ύλη που έχουμε συνηθίσει έχει δύο up quark και ένα down quark. Οι ερευνητές έδειξαν ότι είναι καλύτερο να σκεφτούμε το Λ(1405) ως μια προσωρινή δεσμευτική κατάσταση για το K.^– Το μεσόνιο και το πρωτόνιο, σε αντίθεση με τη διεγερμένη κατάσταση των τριών κουάρκ.

Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Γράμματα φυσικής β, η ομάδα περιγράφει ένα πείραμα που πραγματοποίησαν στον επιταχυντή J-PARC. κ^– Τα μεσόνια εκτοξεύτηκαν σε έναν στόχο δευτερίου, το καθένα από τα οποία περιείχε ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο. Σε μια επιτυχημένη αντίδραση, ο A.J^– Το μεσόνιο εκτόξευσε το νετρόνιο, το οποίο στη συνέχεια συντήχθηκε με το πρωτόνιο για να παράγει το απαιτούμενο Λ (1405). Σχηματισμός δεσμευμένης κατάστασης του Κ^– Το μεσόνιο και το πρωτόνιο ήταν δυνατά μόνο επειδή το νετρόνιο μετέφερε κάποια ενέργεια», λέει ο συγγραφέας της μελέτης Kentaro Inoue.

που ονομάζεται περιττό βαρυόνιο Λ (1405) και μια σχηματική απεικόνιση της εξέλιξης της ύλης. Πίστωση: Hiroyuki Nomi

Μια πτυχή που μπέρδεψε τους επιστήμονες σχετικά με το Λ (1405) ήταν η πολύ ελαφριά συνολική μάζα του, παρά το γεγονός ότι περιείχε ένα περίεργο κουάρκ, το οποίο είναι περίπου 40 φορές πιο βαρύ από το κουάρκ. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, η ομάδα των ερευνητών μπόρεσε να μετρήσει με επιτυχία τη σύνθετη μάζα του Λ (1405) παρατηρώντας τη συμπεριφορά των προϊόντων διάσπασης.

(Επάνω) Μετρημένη διατομή αντίδρασης. Ο οριζόντιος άξονας είναι η ενέργεια ανάκρουσης σύγκρουσης Κ και πρωτονίων που μετατρέπεται σε τιμή μάζας. Μεγάλα γεγονότα αντίδρασης συμβαίνουν σε τιμές μάζας μικρότερες από το άθροισμα των μαζών του Κ- και του πρωτονίου, το οποίο από μόνο του υποδηλώνει την παρουσία του Λ(1405). Τα δεδομένα που μετρήθηκαν με τη θεωρία σκέδασης αναπαράχθηκαν (συμπαγείς γραμμές). (Κάτω) Κατανομή Κ^– και το πλάτος της σκέδασης πρωτονίων. Όταν τετραγωνίζονται, αντιστοιχούν στη διατομή της αντίδρασης και είναι γενικά μιγαδικοί αριθμοί. Οι υπολογισμένες τιμές αντιστοιχούν στα δεδομένα μέτρησης. Όταν το πραγματικό μέρος (συμπαγής γραμμή) υπερβαίνει το μηδέν, η τιμή του φανταστικού μέρους φτάνει τη μέγιστη τιμή του. Αυτή είναι μια τυπική κατανομή της κατάστασης συντονισμού και ορίζει τη σύνθετη μάζα. Τα βέλη δείχνουν το πραγματικό μέρος. Πίστωση: 2023, Hiroyuki Nomi, pole position Λ (1405) μετρημένη σε d (K^–ιδ) αντιδράσεις πΣ, Γράμματα φυσικής β

«Αναμένουμε ότι η πρόοδος σε αυτό το είδος έρευνας θα οδηγήσει σε μια πιο ακριβή περιγραφή της υπερ-πυκνής ύλης στην καρδιά του[{” 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.