大阪大学的科学家们参与了一个粒子加速器实验，该实验产生了一种奇特的高度不稳定的粒子，并确定了其质量。这可能有助于更好地了解超密集中子星的内部运作情况。粒子物理学的标准模型解释说，大多数粒子是由仅仅六种被称为夸克的基本实体组合而成。然而，仍有许多未解之谜，其中之一是Λ(1405)，一种奇特但稍纵即逝的兰姆达共振。
之前，这被认为是由三种夸克 – 向上、向下和奇怪–的特定组合，深入了解它的组成可能有助于揭示有关中子星中极其密集的物质的信息。
现在，来自大阪大学的研究人员是一个团队的成员，他们通过结合一个K-介子和一个质子并确定其复合质量（质量和宽度），首次成功地合成了Λ（1405）。K-介子是一种带负电的粒子，含有一个奇异的夸克和一个向上的反夸克。
用于合成Λ(1405)的反应示意图，该反应通过将K-（绿色圆圈）与质子（深蓝色圆圈）融合来进行，该反应发生在氘核内。资料来源：Hiroyuki Noumi
构成我们所习惯的物质的更为熟悉的质子有两个上夸克和一个下夸克。研究人员表明，Λ(1405)最好被认为是K-介子和质子的一个临时结合状态，而不是一个三夸克激发态。
在最近发表在《物理学通讯B》上的一项研究中，该小组描述了他们在J-PARC加速器上进行的实验。K-介子被射向一个氘的目标，每个目标有一个质子和一个中子。在一个成功的反应中，一个K-介子踢出了中子，然后与质子合并以产生所需的Λ(1405)。该研究的一位作者Kentaro Inoue说：”一个K-介子和一个质子的结合状态的形成是唯一可能的，因为中子带走了一些能量。”
被称为Λ(1405)的奇异重子和物质演变的示意图。资料来源：Hiroyuki Noumi
Λ(1405)一直让科学家们感到困惑的一个方面是它的总体质量非常轻，尽管它包含一个奇异的夸克，其重量是向上夸克的近40倍。在实验中，研究小组通过观察衰变产物的行为，成功地测量了Λ（1405）的复合质量。
测量的反应截面。横轴是转换为质量值的K-和质子碰撞反冲能量。大的反应事件发生在质量值低于K-和质子质量之和的地方，这本身就表明Λ(1405)的存在。散射理论再现了测量数据（实线）。(底部）K-和质子散射振幅的分布。当计算平方时，这些对应于反应截面，一般是复数。计算值与测量数据相符。当实部（实线）越过0时，虚部的值达到最大值。这是共振状态的典型分布，并决定了复数质量。箭头表示实部。资料来源：2023年，Hiroyuki Noumi，在d(K-,n)πΣ反应中测量的Λ(1405)的极点位置，《物理学通讯B》。
“我们期望这类研究的进展能够导致对存在于中子星核心的超高密度物质的更准确描述，”另一位研究作者Shingo Kawasaki说。这项工作意味着Λ(1405)是一种不寻常的状态，由四个夸克和一个反夸克组成，总共有五个夸克，不符合传统的分类，即粒子有三个夸克或一个夸克和一个反夸克。
这项研究可能会使我们更好地了解宇宙的早期形成，即宇宙大爆炸后不久，以及当物质受到的压力和密度远远超过我们在正常条件下看到的情况时，会发生什么。
