Des scientifiques de l’Université d’Osaka ont participé à une expérience d’accélérateur de particules qui a produit une particule étrange et hautement instable et a déterminé sa masse. Cela pourrait contribuer à une meilleure compréhension du fonctionnement interne des étoiles à neutrons super denses.

Le modèle standard de la physique des particules stipule que la plupart des particules sont constituées de groupes de seulement six types d’entités fondamentales appelées quarks. Cependant, il reste encore de nombreux mystères non résolus, dont l’un est Λ (1405), une résonance lambda étrange mais fugace. On pensait auparavant qu’il s’agissait d’une combinaison spécifique de trois quarks – up, down et étrange – et mieux comprendre sa composition pourrait aider à révéler des informations sur la matière très dense des étoiles à neutrons.

Maintenant, des chercheurs de l’Université d’Osaka faisaient partie d’une équipe qui a réussi à synthétiser Λ (1405) pour la première fois en combinant K avec^– Méson et proton et déterminer leur masse combinée (masse et largeur). La lettre K^– Un méson est une particule chargée négativement qui contient un quark étrange et un antiquark.

Illustration schématique de la réaction utilisée pour synthétiser Λ (1405) en fusionnant un K- (cercle vert) avec un proton (cercle bleu foncé), qui se produit dans un noyau de deutéron. 1 crédit

Le proton le plus commun qui compose la matière à laquelle nous sommes habitués a deux quarks up et un quark down. Les chercheurs ont montré qu’il est préférable de considérer Λ(1405) comme un état de liaison temporaire pour K.^– Le méson et le proton, contrairement à l’état excité à trois quarks.

Dans une étude récemment publiée dans Lettres de physique b, le groupe décrit une expérience qu’ils ont menée à l’accélérateur J-PARC. K^– Les mésons ont été tirés sur une cible de deutérium, contenant chacun un proton et un neutron. Dans une réaction réussie, A.J^– Le méson a éjecté le neutron, qui a ensuite fusionné avec le proton pour produire le Λ souhaité (1405). Formation d’un état lié de K^– Le méson et le proton n’ont été possibles que parce que le neutron transportait de l’énergie », explique l’auteur de l’étude, Kentaro Inoue.

appelé le baryon impair Λ (1405) et une illustration schématique de l’évolution de la matière. 1 crédit

Un aspect qui déconcertait les scientifiques à propos de Λ (1405) était sa masse globale très légère, malgré la présence d’un quark étrange, qui est environ 40 fois plus lourd que le quark up. Au cours de l’expérience, l’équipe de chercheurs a réussi à mesurer la masse complexe de Λ (1405) en observant le comportement des produits de désintégration.

(Haut) Section efficace de réaction mesurée. L’axe horizontal est l’énergie de recul de collision K et proton convertie en valeur de masse. Les grands événements de réaction se produisent à des valeurs de masse inférieures à la somme des masses du K- et du proton, ce qui indique lui-même la présence de Λ(1405). Les données mesurées par la théorie de la diffusion ont été reproduites (traits pleins). (En bas) Distribution K^– et l’amplitude de diffusion des protons. Lorsqu’ils sont élevés au carré, ceux-ci correspondent à la section efficace de la réaction et sont généralement des nombres complexes. Les valeurs calculées correspondent aux données mesurées. Lorsque la partie réelle (trait plein) dépasse zéro, la valeur de la partie imaginaire atteint sa valeur maximale. Ceci est une distribution typique de l’état de résonance et définit la masse complexe. Les flèches indiquent la partie réelle. Crédit : 2023, Hiroyuki Nomi, pole position Λ (1405) mesuré en d (K^–n) réactions πΣ, Lettres de physique b

« Nous nous attendons à ce que les progrès de ce type de recherche conduisent à une description plus précise de la matière super-dense au cœur de[{ » 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.