Une expérience avec un accélérateur de particules crée une particule exotique très instable et mesure sa masse

Le modèle standard de la physique des particules nous dit que la plupart des particules que nous observons sont composées de combinaisons de seulement six types d’entités fondamentales appelées quarks. Cependant, il reste encore de nombreux mystères, dont l’un est une résonance Lambda exotique, mais de très courte durée, connue sous le nom de Λ(1405). Pendant longtemps, on a pensé qu’il s’agissait d’un état excité particulier de trois quarks – haut, bas et étrange – et comprendre sa structure interne peut nous aider à en savoir plus sur la matière extrêmement dense qui existe dans les étoiles à neutrons.

Des chercheurs de l’Université d’Osaka faisaient partie d’une équipe qui a maintenant réussi à synthétiser Λ(1405) pour la première fois en combinant un K^– méson et un proton et détermination de sa masse complexe (masse et largeur). Le K⁻ le méson est une particule chargée négativement contenant un étrange quark et un antiquark up. Le proton beaucoup plus familier qui compose la matière à laquelle nous sommes habitués a deux quarks up et un quark down. Les chercheurs ont montré que Λ (1405) est mieux considéré comme un état lié temporaire du K^– méson et le proton, par opposition à un quark à trois état excité.

Dans leur étude publiée récemment dans Lettres de physique Ble groupe décrit l’expérience qu’ils ont menée à l’accélérateur J-PARC. K⁻ des mésons ont été tirés sur une cible de deutérium, dont chacune avait un proton et un neutron. Dans une réaction réussie, un K⁻ le méson a expulsé le neutron, puis a fusionné avec le proton pour produire le Λ (1405) souhaité.

“La formation d’un état lié d’un K^– méson et un proton n’a été possible que parce que le neutron a emporté une partie de l’énergie », explique Kentaro Inoue, l’un des auteurs de l’étude. quark étrange, qui est près de 40 fois plus lourd qu’un 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.

“Nous nous attendons à ce que les progrès dans ce type de recherche puissent conduire à une description plus précise de la matière à ultra-haute densité qui existe au cœur d’une étoile à neutrons”, déclare Shingo Kawasaki, un autre auteur de l’étude.

Ce travail implique que Λ(1405) est un état inhabituel composé de quatre quarks et d’un antiquark, soit un total de cinq quarks, et ne correspond pas à la classification conventionnelle dans laquelle les particules ont soit trois quarks, soit un quark et un antiquark. Ces recherches pourraient conduire à une meilleure compréhension de la formation précoce de l’univers, peu après le Big Bang, ainsi que de ce qui se passe lorsque la matière est soumise à des pressions et des densités bien au-delà de ce que nous voyons dans des conditions normales.