I ricercatori raccolgono parie misteriose e bizzarre

Gli scienziati dell’Università di Osaka hanno preso parte a un esperimento con un acceleratore di particelle che ha prodotto una strana particella altamente instabile e ne ha determinato la massa. Ciò potrebbe contribuire a una migliore comprensione del funzionamento interno delle stelle di neutroni superdense.

Il Modello Standard della fisica delle particelle afferma che la maggior parte delle particelle sono costituite da gruppi di soli sei tipi di entità fondamentali chiamate quark. Tuttavia, ci sono ancora molti misteri irrisolti, uno dei quali è Λ (1405), una strana ma fugace risonanza lambda. In precedenza si pensava che fosse una combinazione specifica di tre quark – up, down e strange – e ottenere informazioni sulla sua composizione potrebbe aiutare a rivelare informazioni sulla materia molto densa nelle stelle di neutroni.

Ora, i ricercatori dell’Università di Osaka facevano parte di un team che ha sintetizzato con successo Λ (1405) per la prima volta combinando K con^– Mesone e protone e determinare la loro massa combinata (massa e larghezza). La lettera K^– Un mesone è una particella carica negativamente che contiene un quark strano e un antiquark.

Illustrazione schematica della reazione utilizzata per sintetizzare Λ (1405) fondendo un K- (cerchio verde) con un protone (cerchio blu scuro), che si verifica all’interno di un nucleo di deuterone. Credito: Hiroyuki Nomi

Il protone più comune che compone la materia a cui siamo abituati ha due quark up e un quark down. I ricercatori hanno mostrato che è meglio pensare a Λ(1405) come uno stato di legame temporaneo per K.^– Il mesone e il protone, in contrasto con lo stato eccitato a tre quark.

In uno studio recentemente pubblicato su Lettere di fisica b, il gruppo descrive un esperimento condotto presso l’acceleratore J-PARC. K^– I mesoni sono stati sparati contro un bersaglio di deuterio, ciascuno contenente un protone e un neutrone. In una reazione di successo, A.J^– Il mesone ha espulso il neutrone, che poi si è fuso con il protone per produrre il desiderato Λ (1405). Formazione di uno stato legato di K^– Il mesone e il protone erano possibili solo perché il neutrone trasportava una certa energia”, afferma l’autore dello studio Kentaro Inoue.

chiamato il barione dispari Λ (1405) e un’illustrazione schematica dell’evoluzione della materia. Credito: Hiroyuki Nomi

Un aspetto che lasciava perplessi gli scienziati su Λ (1405) era la sua massa complessiva molto leggera, nonostante contenesse un quark strano, che è circa 40 volte più pesante del quark up. Durante l’esperimento, il team di ricercatori è stato in grado di misurare con successo la massa complessa di Λ (1405) osservando il comportamento dei prodotti di decadimento.

(In alto) Sezione d’urto di reazione misurata. L’asse orizzontale è l’energia di rinculo di collisione K e protone convertita in valore di massa. Grandi eventi di reazione si verificano a valori di massa inferiori alla somma delle masse del K- e del protone, che a sua volta indica la presenza di Λ(1405). I dati misurati dalla teoria dello scattering sono stati riprodotti (linee continue). (In basso) Distribuzione K^– e l’ampiezza dello scattering di protoni. Al quadrato, corrispondono alla sezione d’urto di reazione e sono generalmente numeri complessi. I valori calcolati corrispondono ai dati misurati. Quando la parte reale (linea continua) supera lo zero, il valore della parte immaginaria raggiunge il suo valore massimo. Questa è una distribuzione tipica dello stato risonante e definisce la massa complessa. Le frecce indicano la parte reale. Credito: 2023, Hiroyuki Nomi, pole position Λ (1405) misurata in d (K^–n) reazioni πΣ, Lettere di fisica b

“Prevediamo che i progressi in questo tipo di ricerca porteranno a una descrizione più accurata della materia superdensa al centro di[{” 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.