Într-un articol publicat recent în Physical Letters B un grup de cercetători din care face parte și autoarea acestui articol a prezentat rezultatul unui nou experiment care a studiat misterioasa particulă Lambda(1405), particulă care conține quarcul strange, arătând că aceasta este de fapt un sistem alcătuit din două particule legate între ele, un kaon și un proton.

Lambda(1405)

Se discută de zeci de ani care ar putea fi structura particulei Lambda(1405), particulă care a fost observată în mai multe experimente, însă a cărei structură nu este încă înțeleasă. Se știe că trebuie să conțină quarcul strange straniu), un quarc din Teoria Modelului standard care este de circa 20 de ori mai greu (adică cu masă mai mare) decât quarcurile up și down din care este compusă materia normală (nucleele atomilor, formate din protoni și neutroni).

În ciuda faptului că Lambda(1405) a fost observată în mai multe experimente, nu se cunoaște încă bine compoziția acestei particule. Să vedem deci care sunt posibilele ipoteze.

Lambda(1405) ar putea să fie o particulă asemănătoare protonilor și neutronilor, compusă din trei quarcuri, unul dintre aceștia fiind cel strange. S-ar putea însă că Lambda(1405) să fie de fapt un sistem alcătuit din două particule legate între ele, un kaon (compus la rândul lui dintr-un quarc și un antiquarc (quarcul strange și antiquarcul up) și un proton (alcătuit din două quarcuri up și unul down).

Un nou experiment: E31 în Japonia

Pentru a se înțelege mai bine compoziția particulei Lambda, un grup de cercetători de la diverse institute din întreagă lume, condus de Hiroyuki Noumi de la Osaka University, Japonia, grup din care face parte și INFN Laboratori Nazionali di Frascati din Italia condus de autoarea acestui articol, a propus și efectuat un experiment, E31, la laboratorul J-PARC din Japonia.

E31 a bombardat cu un fascicol de kaoni o țintă compusă din deuteriu – un izotop al hidrogenului care conține în nucleu un proton și un neutron. Kaonii, interacționând cu deuteriul, au rupt legătura dintre proton și neutron, înlocuind practic neutronul. Interacționând cu protonul au dat naștere unei particule Lambda(1405).

Lambda(1405) are o viață foarte scurtă, dezintegrându-se practic imediat în alte particule ce au fost măsurate de experiment. Din măsurarea acestor particule s-au putut reconstrui proprietățile particulei Lambda(1405), precum masa acesteia.

La ce concluzie a ajuns experimentul E31?

Ce este deci Lambda(1405)? În urma analizei datelor obținute de către experiment, grupul de cercetători a ajuns la concluzia că, cel mai probabil, Lambda este un sistem legat, nu o particulă compusă din trei quarcuri. Un sistem legat între un kaon și un proton, care are o masă de circa 1417 MeV (nu 1405 cum se credea). Este un rezultat important, care a fost publicat recent într-un articol în revista Physical Letters B.

La ce folosește?

Interacțiunea nucleară puternică, cea care are loc între quarcuri, nu este încă bine cunoscută. Teoria care o descrie, cromodinamica cuantică, este o teorie care are nevoie atât de rezultate experimentale, cât și de noi modele matematice. Această interacțiune este cea care are loc și în inima stelelor, precum stelele de neutroni, care sunt extrem de dense – o linguriță de stea de neutroni cântărește cât un munte!

Există teorii care susțin că în inima stelelor de neutroni, în condiții de densitate extremă, ar putea să apară particule cu quarcuri strange. Măsurători precum cea efectuată de E31 ajută la înțelegerea interacțiunii dintre materia „normală” și cea stranie, ducându-ne cu un pas înainte spre dezlegarea misterului stelelor de neutroni, dar și a materiei nucleare în condiții extreme.

CITIȚI ȘI:

Zece mistere din fizică care așteaptă să fie dezlegate