Pesquisadores coletam pares misteriosos e bizarros

Cientistas da Universidade de Osaka fizeram parte de um experimento de acelerador de partículas que produziu uma partícula estranha e altamente instável e determinou sua massa. Isso poderia contribuir para uma melhor compreensão do funcionamento interno das estrelas de nêutrons superdensas.

O Modelo Padrão da física de partículas afirma que a maioria das partículas é composta de grupos de apenas seis tipos de entidades fundamentais chamadas quarks. No entanto, ainda existem muitos mistérios não resolvidos, um dos quais é Λ (1405), uma ressonância lambda estranha, mas fugaz. Anteriormente, pensava-se que era uma combinação específica de três quarks – up, down e estranho – e obter informações sobre sua composição poderia ajudar a revelar informações sobre a matéria muito densa nas estrelas de nêutrons.

Agora, pesquisadores da Universidade de Osaka fizeram parte de uma equipe que sintetizou com sucesso Λ (1405) pela primeira vez combinando K com^– Meson e próton e determine sua massa combinada (massa e largura). a letra k^– Um méson é uma partícula carregada negativamente que contém um quark estranho e um antiquark.

Ilustração esquemática da reação usada para sintetizar Λ (1405) pela fusão de um K- (círculo verde) com um próton (círculo azul escuro), que ocorre dentro de um núcleo deutério. Crédito: Hiroyuki Nomi

O próton mais comum que compõe a matéria a que estamos acostumados tem dois quarks up e um quark down. Os pesquisadores mostraram que é melhor pensar em Λ(1405) como um estado de ligação temporário para K.^– O méson e o próton, em contraste com o estado excitado de três quarks.

Em um estudo recentemente publicado na letras de física b, o grupo descreve um experimento que realizaram no acelerador J-PARC. k^– Os mésons foram disparados contra um alvo de deutério, cada um contendo um próton e um nêutron. Em uma reação bem-sucedida, A.J^– O méson ejetou o nêutron, que então se fundiu com o próton para produzir o desejado Λ (1405). Formação de um estado ligado de K^– O méson e o próton só foram possíveis porque o nêutron carregava alguma energia”, disse o autor do estudo, Kentaro Inoue.

chamado de estranho baryon Λ (1405) e uma ilustração esquemática da evolução da matéria. Crédito: Hiroyuki Nomi

Um aspecto que intrigava os cientistas sobre Λ (1405) era sua massa geral muito leve, apesar de conter um quark estranho, que é aproximadamente 40 vezes mais pesado que o quark up. Durante o experimento, a equipe de pesquisadores conseguiu medir com sucesso a massa complexa de Λ (1405) observando o comportamento dos produtos de decaimento.

(Topo) Seção transversal de reação medida. O eixo horizontal é o K- e a energia de recuo da colisão de prótons convertida em valor de massa. Grandes eventos de reação ocorrem em valores de massa menores que a soma das massas do K- e do próton, o que por si só indica a presença de Λ(1405). Os dados medidos pela teoria de espalhamento foram reproduzidos (linhas contínuas). (Inferior) Distribuição K^– e a amplitude do espalhamento de prótons. Quando elevados ao quadrado, correspondem à seção de choque da reação e são geralmente números complexos. Os valores calculados correspondem aos dados medidos. Quando a parte real (linha contínua) supera zero, o valor da parte imaginária atinge seu valor máximo. Esta é uma distribuição típica do estado ressonante e define a massa complexa. As setas indicam a parte real. Crédito: 2023, Hiroyuki Nomi, pole position Λ (1405) medida em d (K^–n) reações πΣ, letras de física b

“Esperamos que os avanços nesse tipo de pesquisa levem a uma descrição mais precisa da matéria superdensa no centro da[{” 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.