Výzkumníci shromažďují tajemné a bizarní páry

Vědci z univerzity v Ósace byli součástí experimentu s urychlovačem částic, který produkoval podivnou, vysoce nestabilní částici a určil její hmotnost. To by mohlo přispět k lepšímu pochopení vnitřního fungování superhustých neutronových hvězd.

Standardní model částicové fyziky uvádí, že většina částic je tvořena skupinami pouhých šesti typů základních entit zvaných kvarky. Stále však existuje mnoho nevyřešených záhad, jednou z nich je Λ (1405), zvláštní, ale prchavá lambda rezonance. Dříve se předpokládalo, že jde o specifickou kombinaci tří kvarků – up, down a podivné – a získání náhledu na jeho složení by mohlo pomoci odhalit informace o velmi husté hmotě v neutronových hvězdách.

Nyní byli výzkumníci z Ósacké univerzity součástí týmu, který poprvé úspěšně syntetizoval Λ (1405) kombinací K s^– Mezon a proton a určete jejich kombinovanou hmotnost (hmotnost a šířku). Písmeno K^– Mezon je záporně nabitá částice, která obsahuje podivný kvark a antikvark.

Schematické znázornění reakce použité k syntéze Λ (1405) fúzí K- (zelený kruh) s protonem (tmavě modrý kruh), který se vyskytuje v jádře deuteronu. Kredit: Hiroyuki Nomi

Nejběžnější proton, který tvoří hmotu, na kterou jsme zvyklí, má dva up kvarky a jeden down kvark. Výzkumníci ukázali, že je nejlepší uvažovat o Λ(1405) jako o dočasném závazném stavu pro K.^– Mezon a proton, na rozdíl od tříkvarkového excitovaného stavu.

Ve studii nedávno zveřejněné v Písmena z fyziky b, skupina popisuje experiment, který provedli na urychlovači J-PARC. K^– Mezony byly vypáleny na deuteriový terč, každý obsahující jeden proton a jeden neutron. V úspěšné reakci A.J^– Mezon vyvrhl neutron, který pak fúzoval s protonem za vzniku požadovaného Λ (1405). Vznik vázaného stavu K^– Mezon a proton byly možné jen proto, že neutron nesl určitou energii,“ říká autor studie Kentaro Inoue.

nazvaný lichý baryon Λ (1405) a schematické znázornění vývoje hmoty. Kredit: Hiroyuki Nomi

Jedním z aspektů, který vědce ohledně Λ (1405) zarážel, byla jeho velmi lehká celková hmotnost, přestože obsahoval podivný kvark, který je zhruba 40krát těžší než kvark up. Během experimentu byl tým výzkumníků schopen úspěšně změřit komplexní hmotnost Λ (1405) pozorováním chování produktů rozpadu.

(Nahoře) Změřený reakční průřez. Vodorovná osa je energie zpětného rázu K- a protonové srážky převedená na hmotnostní hodnotu. K velkým reakčním událostem dochází při hodnotách hmotností nižších, než je součet hmotností K- a protonu, což samo o sobě ukazuje na přítomnost Λ(1405). Data naměřená teorií rozptylu byla reprodukována (plné čáry). (dole) K rozdělení^– a amplituda rozptylu protonů. Když jsou umocněny, odpovídají reakčnímu průřezu a jsou obecně komplexními čísly. Vypočtené hodnoty odpovídají naměřeným datům. Když reálná část (plná čára) překročí nulu, hodnota imaginární části dosáhne své maximální hodnoty. Toto je typické rozložení rezonančního stavu a definuje komplexní hmotnost. Šipky označují skutečnou část. Kredit: 2023, Hiroyuki Nomi, pole position Λ (1405) měřeno v d (K^–n) πΣ reakce, Písmena z fyziky b

„Očekáváme, že pokroky v tomto typu výzkumu povedou k přesnějšímu popisu superhusté hmoty v srdci[{“ 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.