В эксперименте с фотонным пучком впервые наблюдалось ядро с анти-К-мезоном

Коллаборация “LEPS2/Solenoid”, состоящая из исследователей Центра ядерной физики Университета Осаки, Киотского университета промышленности, Научно-исследовательского центра передовых квантовых пучков Университета Тохоку, Университета Корё, Университета Гифу, Института современной физики Китайской академии наук, RIKEN, Киотского университета, Академии Синика на Тайване и Университета Саскачевана (Канада), впервые наблюдала ядро, содержащее анти-К-мезон, в эксперименте с фотонным пучком. Этот результат предоставляет новые экспериментальные доказательства существования ядер с анти-К-мезонами, а также важные ключи к пониманию плотной ядерной материи и внутренней структуры нейтронных звёзд.

Исследовательская группа провела эксперимент на установке LEPS2 с лазерно-электронным фотонным пучком на крупном синхротронном комплексе SPring-8 в префектуре Хёго (Япония), используя большой соленоидальный спектрометр для наблюдения реакций после столкновения фотонов с дейтронами. В ходе эксперимента в качестве фотонного пучка использовались высокоэнергетические гамма-кванты с энергией от 1,3 до 2,4 ГэВ, полученные в результате комптоновского рассеяния ультрафиолетового лазера на высокоэнергетических электронах с энергией 8 ГэВ, которые направлялись на жидкую дейтериевую мишень; идентификация реакций осуществлялась путём измерения импульса и энергии заряженных частиц.

Анти-К-мезон вмешивается, подобно клею прочно связывая протоны и нейтроны (совместно называемые нуклонами) в атомном ядре

Обычные атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, связь между которыми обычно описывается обменом π-мезонами. Анти-К-мезон — это мезон, содержащий s-кварк, который, как предполагается, может проникать внутрь ядра и, подобно “клею”, связывать нуклоны сильнее, образуя особое состояние, более компактное, чем обычные ядра. Ранее эксперименты с пучком анти-К-мезонов на J-PARC сообщали о кандидатных сигналах, однако ключевым вопросом оставалось подтверждение такого состояния в различных механизмах реакций.

В данном эксперименте ядро с анти-К-мезоном было успешно образовано и наблюдалось в столкновении фотона с дейтроном, не содержащем s-кварков, что указывает на то, что анти-К-мезон может играть важную роль в формировании связанного состояния ядра. Исследование также позволило различить сигнальные и фоновые события по распределениям импульсов Λ-гиперона и протона. Результаты показывают, что два нуклона в образованном ядре с анти-К-мезоном могут быть связаны сильнее, чем нуклоны в обычном дейтроне.

Исследовательская группа считает, что этот результат согласуется с предыдущими экспериментами на J-PARC, что дополнительно усиливает вероятность существования ядер с анти-К-мезонами. Поскольку взаимодействие анти-К-мезона с нуклонами, как полагают, тесно связано со свойствами плотной ядерной материи, этот результат может способствовать исследованиям состояния вещества внутри экстремальных астрофизических объектов, таких как нейтронные звёзды.

Результаты исследования были опубликованы 9 июля в международном физическом журнале “Physics Letters B”. Статья озаглавлена “Evidence for a KNN quasi-bound state in the γd→KΛp reaction”.