Los investigadores recopilan paries misteriosos y extraños.

Los científicos de la Universidad de Osaka formaron parte de un experimento con un acelerador de partículas que produjo una partícula extraña y altamente inestable y determinó su masa. Esto podría contribuir a una mejor comprensión del funcionamiento interno de las estrellas de neutrones superdensas.

El modelo estándar de física de partículas establece que la mayoría de las partículas están formadas por grupos de solo seis tipos de entidades fundamentales llamadas quarks. Sin embargo, todavía quedan muchos misterios sin resolver, uno de los cuales es Λ (1405), una extraña pero fugaz resonancia lambda. Anteriormente se pensaba que era una combinación específica de tres quarks -arriba, abajo y extraño- y obtener información sobre su composición podría ayudar a revelar información sobre la materia muy densa en las estrellas de neutrones.

Ahora, investigadores de la Universidad de Osaka formaron parte de un equipo que sintetizó con éxito Λ (1405) por primera vez combinando K con^– mesón y protón y determine su masa combinada (masa y ancho). la letra k^– Un mesón es una partícula cargada negativamente que contiene un quark extraño y un antiquark.

Ilustración esquemática de la reacción utilizada para sintetizar Λ (1405) al fusionar un K- (círculo verde) con un protón (círculo azul oscuro), que ocurre dentro de un núcleo de deuterón. Crédito: Hiroyuki Nomi

El protón más común que compone la materia a la que estamos acostumbrados tiene dos quarks up y un quark down. Los investigadores demostraron que es mejor pensar en Λ(1405) como un estado de unión temporal para K.^– El mesón y el protón, en contraste con el estado excitado de tres quarks.

En un estudio publicado recientemente en Letras de física b, el grupo describe un experimento que realizaron en el acelerador J-PARC. k^– Los mesones se dispararon contra un objetivo de deuterio, cada uno con un protón y un neutrón. En una reacción exitosa, A.J.^– El mesón expulsó el neutrón, que luego se fusionó con el protón para producir el deseado Λ (1405). Formación de un estado ligado de K^– El mesón y el protón solo fueron posibles porque el neutrón llevaba algo de energía», dice el autor del estudio, Kentaro Inoue.

llamado barión impar Λ (1405) y una ilustración esquemática de la evolución de la materia. Crédito: Hiroyuki Nomi

Un aspecto que desconcertaba a los científicos acerca de Λ (1405) era su masa total muy ligera, a pesar de contener un quark extraño, que es aproximadamente 40 veces más pesado que el quark up. Durante el experimento, el equipo de investigadores pudo medir con éxito la masa compleja de Λ (1405) al observar el comportamiento de los productos de descomposición.

(Arriba) Sección transversal de reacción medida. El eje horizontal es la energía de retroceso de colisión de protones y K convertida en valor de masa. Grandes eventos de reacción ocurren a valores de masa inferiores a la suma de las masas del K- y el protón, lo que en sí mismo indica la presencia de Λ(1405). Se reprodujeron los datos medidos por la teoría de la dispersión (líneas sólidas). (Abajo) Distribución K^– y la amplitud de la dispersión de protones. Cuando se elevan al cuadrado, corresponden a la sección transversal de la reacción y generalmente son números complejos. Los valores calculados corresponden a los datos medidos. Cuando la parte real (línea continua) excede de cero, el valor de la parte imaginaria alcanza su valor máximo. Esta es una distribución típica del estado resonante y define la masa compleja. Las flechas indican la parte real. Crédito: 2023, Hiroyuki Nomi, pole position Λ (1405) medido en d (K^–n) reacciones πΣ, Letras de física b

«Esperamos que los avances en este tipo de investigación conduzcan a una descripción más precisa de la materia súper densa en el corazón de[{» 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.