연구원들이 신비하고 신비로운 파리안들을 모으다

오사카 대학의 과학자들은 이상하고 매우 불안정한 입자를 생성하고 그 질량을 결정하는 입자 가속기 실험의 일부였습니다. 이것은 초밀도 중성자 별의 내부 작용을 더 잘 이해하는 데 기여할 수 있습니다.

입자 물리학의 표준 모델에 따르면 대부분의 입자는 쿼크라고 하는 여섯 가지 유형의 기본 개체 그룹으로 구성되어 있습니다. 그러나 여전히 풀리지 않은 미스터리가 많이 있으며, 그 중 하나는 이상하지만 덧없는 람다 공명인 Λ(1405)입니다. 이전에는 위, 아래 및 기묘한 3개의 쿼크의 특정 조합으로 생각되었으며 그 구성에 대한 통찰력을 얻으면 중성자 별의 매우 밀도가 높은 물질에 대한 정보를 밝히는 데 도움이 될 수 있습니다.

이제 오사카 대학의 연구원들은 K와 결합하여 처음으로 Λ(1405)를 성공적으로 합성한 팀의 일원이었습니다.^– 중간자와 양성자는 결합된 질량(질량과 너비)을 결정합니다. 편지 K^– 중간자는 기묘 쿼크와 반쿼크를 포함하는 음전하를 띤 입자입니다.

중수소 핵 내에서 발생하는 양성자(진한 파란색 원)와 K-(녹색 원)을 융합하여 Λ(1405)를 합성하는 데 사용되는 반응의 개략도. 크레딧: 노미 히로유키

우리가 익숙한 물질을 구성하는 가장 일반적인 양성자는 2개의 업 쿼크와 1개의 다운 쿼크를 가지고 있습니다. 연구자들은 Λ(1405)를 K에 대한 임시 바인딩 상태로 생각하는 것이 가장 좋다는 것을 보여주었습니다.^– 세 쿼크의 들뜬 상태와 반대되는 중간자와 양성자.

최근에 발표된 연구에서 물리학 문자 b, 그룹은 J-PARC 가속기에서 수행한 실험을 설명합니다. 케이^– 중간자는 각각 하나의 양성자와 하나의 중성자를 포함하는 중수소 표적에 발사되었습니다. 성공적인 반응으로 A.J^– 중간자는 중성자를 방출했고, 그런 다음 양성자와 융합하여 원하는 Λ(1405)를 생성했습니다. K의 결합 상태 형성^– 중간자와 양성자는 중성자가 약간의 에너지를 운반하기 때문에 가능했습니다.”라고 연구 저자인 Kentaro Inoue는 말합니다.

홀수 바리온 Λ(1405)라고 불리며 물질의 진화를 도식적으로 설명합니다. 크레딧: 노미 히로유키

Λ(1405)에 대해 과학자들을 당혹스럽게 했던 한 가지 측면은 업 쿼크보다 약 40배 무거운 이상한 쿼크를 포함하고 있음에도 불구하고 전체 질량이 매우 가볍다는 것입니다. 실험 중에 연구팀은 붕괴 생성물의 거동을 관찰함으로써 Λ(1405)의 복잡한 질량을 성공적으로 측정할 수 있었습니다.

(위) 측정된 반응 단면. 가로축은 질량 값으로 변환된 K- 및 양성자 충돌 반동 에너지입니다. 큰 반응 사건은 K- 및 양성자의 질량의 합보다 낮은 질량 값에서 발생하며, 이는 자체적으로 Λ(1405)의 존재를 나타냅니다. 산란 이론으로 측정한 데이터를 재현했습니다(실선). (하) K분포^– 및 양성자 산란의 진폭. 제곱하면 반응 단면적에 해당하며 일반적으로 복소수입니다. 계산된 값은 측정된 데이터에 해당합니다. 실수부(실선)가 0을 초과하면 허수부의 값이 최대값에 도달합니다. 이것은 공진 상태의 전형적인 분포이며 복잡한 질량을 정의합니다. 화살표는 실제 부분을 나타냅니다. 크레딧: 2023년, 노미 히로유키, 폴 포지션 Λ(1405) d(K로 측정)^–n) πΣ 반응, 물리학 문자 b

“우리는 이러한 유형의 연구의 발전이 우주의 중심에 있는 초밀도 물질에 대한 보다 정확한 설명으로 이어질 것으로 기대합니다.[{” 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.