Физики, работающие на ускорителе частиц J-PARC в Японии, впервые синтезировали барионный резонанс Λ(1405), объединив отрицательно заряженный каон и протон. Исследование уточняет свойства этой нестабильной частицы и ее массу. Дальнейший анализ Λ(1405) поможет объяснить внутреннюю структуру сверхплотных нейтронных звезд, считают ученые.
Схематическое изображение эволюции материи и барионного резонанса Λ(1405). Изображение: Hiroyuki Noumi
Стандартная модель физики элементарных частиц полагает, что все вещество состоит из фундаментальных квантовых полей, квантами которых выступают 6 лептонов, 6 кварков и соответствующие им античастицы. Как правило, кварки не существуют отдельно, а объединяются в группы по двое и по трое, образуя адроны, например, протоны и нейтроны. Резонансом в этой модели называют короткоживущее возбужденное состояние адронов.
Физики на протяжении длительного времени изучают барионный резонанс Λ(1405). Но несмотря на годы исследований необычные свойства этого резонанса трудно объяснить. Например, неясно, почему он имеет самую легкую массу среди барионов с отрицательной четностью хотя содержит более тяжелый странный кварк, отмечают исследователи.
Чтобы ответить на эти вопросы физики провели исследование в ускорителе частиц. В процессе эксперимента отрицательно заряженные каоны или K—мезоны (адроны, состоящие из одного странного кварка и верхнего антикварка) выстреливались в дейтериевую мишень, каждая из которых имела по одному протону и одному нейтрону. В успешной реакции K-мезон выбил нейтрон, а затем слился с протоном, создав резонанс Λ(1405).
Схема получения Λ(1405). Изображение: Hiroyuki Noumi
Анализируя продукты распада, физики измерили комплексную массу Λ(1405). Исследователи отмечают, что образование связанного состояния K-мезон и протон были возможны только потому, что нейтрон уносил часть энергии.
Результаты исследования подтверждают, что Λ(1405) — это необычное состояние, сформированное из пяти компонентов — четырех кварков и одного антикварка. При этом его лучше всего рассматривать как временное связанное состояние K—мезона, состоящего из странного кварка и верхнего антикварка, и протона, содержащего два верхних кварка и один нижний кварк.
Физики отмечают, что лучшее понимание барионного резонанса поможет точнее описать свойства вещества сверхвысокой плотности, которое существует в ядре нейтронной звезды, а также процессы формирования Вселенной вскоре после Большого взрыва.
