Вчені з Університету Осаки брали участь в експерименті з прискорювачем елементарних частинок, який створив екзотичну та дуже нестабільну частинку та визначив її масу. Це може сприяти кращому розумінню внутрішньої роботи надщільних нейтронних зірок.
Стандартна модель фізики елементарних частинок пояснює, що більшість частинок складаються з комбінацій лише шести типів основних сутностей, які називаються кварками. Однак досі залишається багато нерозгаданих таємниць, однією з яких є Λ(1405), екзотичний, але швидкоплинний лямбда-резонанс. Раніше вважалося, що це конкретна комбінація трьох кварків – up, down і strange – і отримання уявлення про його склад могло б допомогти розкрити інформацію про надзвичайно щільну матерію в нейтронних зірках.
Тепер дослідники з Університету Осаки були частиною команди, якій вдалося вперше синтезувати Λ(1405), поєднавши К – мезон і протон і визначивши його комплексну масу (масу та ширину). К – мезон – це негативно заряджена частинка, що містить дивний кварк і антикварк.
Набагато більш знайомий протон, який утворює речовину, до якої ми звикли, має два верхніх кварки та один нижній кварк. Дослідники показали, що Λ(1405) найкраще розглядати як тимчасовий зв’язаний стан К – мезона та протона, на відміну від трикваркового збудженого стану.
У дослідженні, нещодавно опублікованому в Physics Letters B, група описує експеримент, який вони провели на прискорювачі J-PARC. У дейтерієву мішень вистрілювали K – мезони, кожна з яких мала один протон і один нейтрон. Під час успішної реакції К – мезон викидає нейтрон, а потім зливається з протоном, утворюючи бажаний Λ(1405). «Утворення зв’язаного стану К – мезона і протона стало можливим лише тому, що нейтрон забрав частину енергії», — говорить автор дослідження Кентаро Іноуе.
Одним з аспектів, які бентежили вчених щодо Λ(1405), була його дуже мала загальна маса, навіть незважаючи на те, що він містить дивний кварк, який майже в 40 разів важчий за верхній кварк. Під час експерименту команда дослідників змогла успішно виміряти комплексну масу Λ(1405), спостерігаючи за поведінкою продуктів розпаду.
«Ми очікуємо, що прогрес у цьому типі досліджень може привести до більш точного опису матерії надвисокої щільності, яка існує в ядрі нейтронної зірки», — говорить Шінго Кавасакі, інший автор дослідження. Ця робота передбачає, що Λ(1405) є незвичайним станом, що складається з чотирьох кварків і одного антикварка, що становить загалом 5 кварків, і не відповідає загальноприйнятій класифікації, згідно з якою частинки мають або три кварки, або один кварк і один антикварк.
Це дослідження може привести до кращого розуміння раннього формування Всесвіту, незабаром після Великого вибуху, а також того, що відбувається, коли матерія піддається тиску та щільності, що значно перевищує те, що ми бачимо за нормальних умов.