يصنع الباحثون الباريون الغامض والغريب

كان علماء جامعة أوساكا جزءًا من تجربة معجل الجسيمات التي خلقت جسيمًا غريبًا وغير مستقر للغاية وحدد كتلته. سيساهم هذا في فهم أفضل للأعمال الداخلية للنجوم النيوترونية فائقة الكثافة.

يوضح النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات أن معظم الجسيمات تتكون من مجموعات من ستة أنواع فقط من المادة الأولية تسمى الكواركات. ومع ذلك ، لا يزال هناك العديد من الألغاز التي لم يتم حلها ، أحدها Λ (1405) ، وهو رنين لامدا غريب ولكنه سريع. كان يُعتقد سابقًا أنه مزيج محدد من ثلاثة كواركات علوية وسفلية وغريبة ، ويمكن أن يساعد اكتساب نظرة ثاقبة لتكوينها في الكشف عن معلومات حول أكثر المواد كثافة في النجوم النيوترونية.

الآن ، كان المحققون من جامعة أوساكا جزءًا من فريق^– تحديد الكتلة (الكتلة والكتلة) للميزون والبروتون ومركبتهما. ك^– الميزون هو جسيم سالب الشحنة يتكون من كوارك علوي وكوارك صاعد.

توضيح تخطيطي للتفاعل المستخدم لتجميع Λ (1405) من خلال الجمع بين K- (دائرة خضراء) مع بروتون (دائرة زرقاء داكنة) تحدث داخل نواة الديوترون. الائتمان: هيرويوكي نومي

البروتون الأكثر شيوعًا الذي يتكون من المادة المألوفة لدينا يتكون من كواركين علويين وكوارك سفلي واحد. أظهر الباحثون أنه من الأفضل التفكير في Λ (1405) على أنها حالة الربط المؤقتة لـ K.^– الميزون والبروتون ، مقابل حالة الإثارة ثلاثية الكوارك.

في دراسة نشرت مؤخرا رسائل الفيزياء ب، يصف الفريق تجربتهم في مسرع J-PARC. ك^– تم إطلاق الميزونات على هدف الديوتيريوم ، كل منها يحتوي على بروتون واحد ونيوترون واحد. في رد فعل ناجح ، أ^– طرد الميزون النيوترون ثم اتحد مع البروتون ليشكل Λ (1405) المطلوب. “تشكيل الدولة الملزمة لـ K.^– يقول مؤلف الدراسة كينتارو إينو إن الميزون والبروتون ممكنان فقط لأن النيوترون يحمل بعض الطاقة.

وصف تخطيطي لتطور مادة الباريون الغريبة والمادة المسماة Λ (1405). الائتمان: هيرويوكي نومي

إحدى السمات التي حيرت العلماء حول Λ (1405) هي أنها تحتوي على كوارك غريب ، وهو ما يقرب من 40 ضعف وزن الكوارك العلوي. خلال التجربة ، تمكن فريق الباحثين من قياس الكتلة المعقدة بنجاح لـ Λ (1405) من خلال مراقبة سلوك نواتج الاضمحلال.

(أعلى) المقطع العرضي للتفاعل المقاس. المحور الأفقي هو K- وطاقة الارتداد الاصطدام البروتوني المحولة إلى قيمة الكتلة. تحدث أحداث التفاعل الكبيرة عند قيم كتلة أقل من مجموع كتلتي K- والبروتون ، مما يشير إلى وجود Λ (1405). تم إعادة إنتاج البيانات المقاسة بواسطة نظرية التشتت (الخطوط الصلبة). (القاع) التوزيع س^– واتساع نثر البروتون. عندما تكون مربعة ، تتوافق هذه مع المقطع العرضي للتفاعل وتكون عادةً أرقامًا معقدة. القيم المحسوبة تطابق البيانات المقاسة. عندما يتجاوز الجزء الحقيقي (الخط الصلب) الصفر ، تصل قيمة الجزء التخيلي إلى أقصى قيمته. هذا هو التوزيع النموذجي للحالة الاهتزازية ، ويحدد الكتلة المعقدة. الأسهم تشير إلى المنطقة الفعلية. الائتمان: 2023 ، هيرويوكي نومي ، موضع القطب Λ (1405) مُقاسًا بـ d (K^–، ن) ردود الفعل ، رسائل الفيزياء ب

“نتوقع أن يؤدي التقدم في هذا النوع من البحث إلى وصف أكثر دقة للمادة فائقة الكثافة الموجودة في اللب.[{” 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.