Forscher sammeln mysteriöse, mysteriöse Parianer

Wissenschaftler der Universität Osaka waren Teil eines Teilchenbeschleuniger-Experiments, das ein seltsames, höchst instabiles Teilchen erzeugte und dessen Masse bestimmte. Dies könnte zu einem besseren Verständnis des Innenlebens superdichter Neutronensterne beitragen.

Das Standardmodell der Teilchenphysik besagt, dass die meisten Teilchen aus Gruppen von nur sechs Arten grundlegender Einheiten bestehen, die Quarks genannt werden. Es gibt jedoch noch viele ungelöste Rätsel, von denen eines Λ (1405) ist, eine seltsame, aber flüchtige Lambda-Resonanz. Bisher wurde angenommen, dass es sich um eine spezifische Kombination aus drei Quarks – up, down und strange – handelt, und Einblicke in seine Zusammensetzung könnten dazu beitragen, Informationen über die sehr dichte Materie in Neutronensternen zu enthüllen.

Nun waren Forscher der Universität Osaka Teil eines Teams, dem es erstmals gelungen ist, Λ (1405) durch Kombination von K mit zu synthetisieren^– Meson und Proton und bestimmen ihre kombinierte Masse (Masse und Breite). Der Buchstabe k^– Ein Meson ist ein negativ geladenes Teilchen, das ein Strange-Quark und ein Antiquark enthält.

Schematische Darstellung der Reaktion zur Synthese von Λ (1405) durch Fusion eines K- (grüner Kreis) mit einem Proton (dunkelblauer Kreis), das in einem Deuteronkern vorkommt. Bildnachweis: Hiroyuki Nomi

Das häufigste Proton, aus dem die Materie besteht, an die wir gewöhnt sind, hat zwei Up-Quarks und ein Down-Quark. Die Forscher zeigten, dass es am besten ist, sich Λ(1405) als temporären Bindungszustand für K vorzustellen.^– Das Meson und das Proton im Gegensatz zum Drei-Quark-angeregten Zustand.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Physikbuchstaben bbeschreibt die Gruppe ein Experiment, das sie am J-PARC-Beschleuniger durchgeführt hat. K^– Die Mesonen wurden auf ein Deuterium-Target geschossen, die jeweils ein Proton und ein Neutron enthielten. In einer erfolgreichen Reaktion hat A.J^– Das Meson stößt das Neutron aus, das dann mit dem Proton fusioniert, um das gewünschte Λ (1405) zu erzeugen. Bildung eines gebundenen Zustands von K^– Das Meson und das Proton waren nur möglich, weil das Neutron etwas Energie trug“, sagt Studienautor Kentaro Inoue.

genannt das ungerade Baryon Λ (1405) und eine schematische Darstellung der Evolution der Materie. Bildnachweis: Hiroyuki Nomi

Ein Aspekt, der Wissenschaftler an Λ (1405) verwirrte, war seine sehr leichte Gesamtmasse, obwohl es ein seltsames Quark enthielt, das ungefähr 40-mal so schwer ist wie das up-Quark. Während des Experiments konnte das Forscherteam die komplexe Masse von Λ (1405) erfolgreich messen, indem es das Verhalten der Zerfallsprodukte beobachtete.

(Oben) Gemessener Reaktionsquerschnitt. Die horizontale Achse ist die Rückstoßenergie der K- und Protonenkollision, umgewandelt in einen Massenwert. Große Reaktionsereignisse treten bei Massenwerten auf, die niedriger sind als die Summe der Massen von K- und Proton, was selbst auf das Vorhandensein von Λ(1405) hinweist. Die streutheoretisch gemessenen Daten wurden wiedergegeben (durchgezogene Linien). (Unten) K-Verteilung^– und die Amplitude der Protonenstreuung. Diese entsprechen quadratisch dem Reaktionsquerschnitt und sind in der Regel komplexe Zahlen. Die berechneten Werte entsprechen den gemessenen Daten. Wenn der Realteil (durchgezogene Linie) Null überschreitet, erreicht der Wert des Imaginärteils seinen Maximalwert. Dies ist eine typische Verteilung des Resonanzzustands und definiert die komplexe Masse. Pfeile zeigen den Realteil an. Quelle: 2023, Hiroyuki Nomi, Pole Position Λ (1405) gemessen in d (K^–n) πΣ-Reaktionen, Physikbuchstaben b

„Wir erwarten, dass Fortschritte in dieser Art von Forschung zu einer genaueren Beschreibung der superdichten Materie im Kern des Kerns führen werden[{“ 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.