大阪大學的科學家們參與了一個粒子加速器實驗，該實驗產生了一種奇特的高度不穩定的粒子，並確定了其質量。這可能有助於更好地了解超密集中子星的內部運作情況。粒子物理學的標準模型解釋說，大多數粒子是由僅僅六種被稱為夸克的基本實體組合而成。然而，仍有許多未解之謎，其中之一是Λ(1405)，一種奇特但稍縱即逝的蘭姆達共振。

之前，這被認為是由三種夸克- 向上、向下和奇怪–的特定組合，深入了解它的組成可能有助於揭示有關中子星中極其密集的物質的信息。

現在，來自大阪大學的研究人員是一個團隊的成員，他們通過結合一個K-介子和一個質子並確定其複合質量（質量和寬度），首次成功地合成了Λ（1405）。K-介子是一種帶負電的粒子，含有一個奇異的夸克和一個向上的反夸克。

用於合成Λ(1405)的反應示意圖，該反應通過將K-（綠色圓圈）與質子（深藍色圓圈）融合來進行，該反應發生在氘核內。資料來源：Hiroyuki Noumi

構成我們所習慣的物質的更為熟悉的質子有兩個上夸克和一個下夸克。研究人員表明，Λ(1405)最好被認為是K-介子和質子的一個臨時結合狀態，而不是一個三夸克激發態。

在最近發表在《物理學通訊B》上的一項研究中，該小組描述了他們在J-PARC加速器上進行的實驗。K-介子被射向一個氘的目標，每個目標有一個質子和一個中子。在一個成功的反應中，一個K-介子踢出了中子，然後與質子合併以產生所需的Λ(1405)。該研究的一位作者Kentaro Inoue說：”一個K-介子和一個質子的結合狀態的形成是唯一可能的，因為中子帶走了一些能量。”

被稱為Λ(1405)的奇異重子和物質演變的示意圖。資料來源：Hiroyuki Noumi

Λ(1405)一直讓科學家們感到困惑的一個方面是它的總體質量非常輕，儘管它包含一個奇異的夸克，其重量是向上夸克的近40倍。在實驗中，研究小組通過觀察衰變產物的行為，成功地測量了Λ（1405）的複合質量。

(頂部) 測量的反應截面。橫軸是轉換為質量值的K-和質子碰撞反沖能量。大的反應事件發生在質量值低於K-和質子質量之和的地方，這本身就表明Λ(1405)的存在。散射理論再現了測量數據（實線）。(底部）K-和質子散射振幅的分佈。當計算平方時，這些對應於反應截面，一般是複數。計算值與測量數據相符。當實部（實線）越過0時，虛部的值達到最大值。這是共振狀態的典型分佈，並決定了複數質量。箭頭表示實部。資料來源：2023年，Hiroyuki Noumi，在d(K-,n)πΣ反應中測量的Λ(1405)的極點位置，《物理學通訊B》。

“我們期望這類研究的進展能夠導致對存在於中子星核心的超高密度物質的更準確描述，”另一位研究作者Shingo Kawasaki說。這項工作意味著Λ(1405)是一種不尋常的狀態，由四個夸克和一個反夸克組成，總共有五個夸克，不符合傳統的分類，即粒子有三個夸克或一個夸克和一個反夸克。

這項研究可能會使我們更好地了解宇宙的早期形成，即宇宙大爆炸後不久，以及當物質受到的壓力和密度遠遠超過我們在正常條件下看到的情況時，會發生什麼。