Os pesquisadores conseguiram, Pela Primeira Vez, sintetizar uma ressonância lambda exótica, mas de vida muito curta, chamada Λ(1405).
Os cientistas da Universidade de Osaka fizeram parte de um experimento de acelerador de partículas que criou uma partícula exótica e altamente instável e determinou sua massa. Isso poderia contribuir para uma melhor compreensão do funcionamento interno de estrelas de nêutrons ultradensas.
O Modelo Padrão da física de partículas explica que a maioria das partículas é composta de combinações de apenas seis tipos de unidades básicas chamadas quarks. No entanto, ainda existem muitos mistérios não resolvidos, um dos quais é Λ(1405), uma ressonância lambda exótica, mas indescritível. Anteriormente, acreditava-se que era uma combinação específica de três quarks – up, down e estranho – e insights sobre sua composição poderiam ajudar a descobrir informações sobre a matéria extremamente densa nas estrelas de nêutrons.
Agora, pesquisadores da Universidade de Osaka faziam parte de uma equipe que conseguiu sintetizar Λ(1405) pela primeira vez usando um K– Meson e um próton e determinação de sua massa complexa (massa e largura). O K– Meson é uma partícula carregada negativamente contendo um quark estranho e um antiquark up.
Representação esquemática da reação para sintetizar Λ(1405) pela fusão de um K- (círculo verde) com um próton (círculo azul escuro) que ocorre em um núcleo deutério. Crédito: Hiroyuki Noumi
O próton muito mais conhecido, que compõe a matéria a que estamos acostumados, tem dois quarks up e um quark down. Os pesquisadores mostraram que Λ(1405) pode ser melhor visto como o estado transitório de K– méson e o próton, em contraste com um estado excitado de três quarks.
Em um estudo recentemente publicado em Física Letras Bo grupo descreve o experimento que realizaram no acelerador J-PARC. k– Mesons foram disparados contra um alvo de deutério, cada um com um próton e um nêutron. Uma resposta bem-sucedida é um K– Meson saiu do nêutron e então se fundiu com o próton para produzir o desejado Λ(1405). “A formação de um estado ligado de um K– méson e um próton só foi possível porque o nêutron carregou parte da energia”, diz um dos autores do estudo, Kentaro Inoue.
O bárion exótico chamado Λ(1405) e uma representação esquemática da evolução da matéria. Crédito: Hiroyuki Noumi
Uma das coisas que intrigaram os cientistas sobre Λ(1405) foi sua massa total muito baixa, embora contenha um quark estranho que é quase 40 vezes mais pesado que um quark up. Durante o experimento, a equipe de pesquisa 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 a energia de recuo das colisões K e de prótons convertida em um valor de massa. Grandes eventos de reação ocorrem em valores de massa menores que a soma das massas de K e prótons, o que por si só sugere a existência de Λ(1405). Os dados medidos foram reproduzidos pela teoria de espalhamento (linhas contínuas). (Inferior) Distribuição de K– e amplitudes de espalhamento de prótons. Estes correspondem exatamente à seção de choque da reação e geralmente são números complexos. Os valores calculados estão de acordo com os dados medidos. Quando a parte real (linha sólida) cruza 0, o valor da parte imaginária atinge seu valor máximo. Esta é uma distribuição típica para uma condição de ressonância e determina a massa complexa. As setas indicam a parte real. Crédito: 2023, Hiroyuki Noumi, pole position de Λ(1405) medido em d(K–,n) reações πΣ, Física Letras B
“Esperamos que os avanços neste tipo de pesquisa possam levar a uma descrição mais precisa da matéria de ultra-alta densidade que existe no núcleo de uma[{” 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.
