Ved at bruge K-computeren, forskere forudsiger eksotisk di-Omega partikel

Baseret på komplekse simuleringer af kvantekromodynamik udført ved hjælp af K-computeren, en af ​​de mest kraftfulde computere i verden, HAL QCD-samarbejdet, består af forskere fra RIKEN Nishina Center for Accelerator-based Science og programmet RIKEN Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS), sammen med kolleger fra en række universiteter, har forudsagt en ny type "dibaryon" - en partikel, der indeholder seks kvarker i stedet for de sædvanlige tre. At studere, hvordan disse grundstoffer dannes, kunne hjælpe forskerne med at forstå interaktionerne mellem elementarpartikler i ekstreme miljøer, såsom neutronstjernernes indre eller de tidlige univers øjeblikke efter Big Bang.

Partikler kendt som "baryoner" - hovedsageligt protoner og neutroner - er sammensat af tre kvarker, der er bundet tæt sammen, med deres ladning afhængig af "farven" på kvarkerne, der udgør dem. En dibaryon er i bund og grund et system med to baryoner. Der er én kendt dibaryon i naturen - deuteron, en deuterium (eller tung-brint) kerne, der indeholder en proton og en neutron, der er meget let bundet. Forskere har længe spekuleret på, om der kunne være andre typer dibaryoner. På trods af søgninger, ingen anden dibaryon er fundet.

Gruppen, i værk udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , har nu brugt kraftfulde teoretiske og beregningsmæssige værktøjer til at forudsige eksistensen af ​​en "mest mærkelig" dibaryon, består af to "Omega baryoner", der hver indeholder tre mærkelige kvarker. De kaldte den "di-Omega". Gruppen foreslog også en måde at lede efter disse mærkelige partikler gennem eksperimenter med kraftige ionkollisioner planlagt i Europa og Japan.

Fundet blev muliggjort af en tilfældig kombination af tre elementer:bedre metoder til at lave QCD-beregninger, bedre simuleringsalgoritmer, og mere kraftfulde supercomputere.

Det første væsentlige element var en ny teoretisk ramme kaldet den "tidsafhængige HAL QCD-metode":Den giver forskere mulighed for at udtrække kraften, der virker mellem baryoner, fra den store mængde numeriske data opnået ved hjælp af K-computeren.

Det andet element var en ny beregningsmetode, den forenede kontraktionsalgoritme, som muliggør meget mere effektiv beregning af et system med et stort antal kvarker.

Det tredje element var fremkomsten af ​​kraftfulde supercomputere. Ifølge Shinya Gongyo fra RIKEN Nishina Center, "Vi var meget heldige at have været i stand til at bruge K-computeren til at udføre beregningerne. Det tillod hurtige beregninger med et enormt antal variabler. Alligevel, det tog næsten tre år for os at nå frem til vores konklusion om di-Omega."

At diskutere fremtiden, Tetsuo Hatsuda fra RIKEN iTHEMS siger, "Vi tror på, at disse specielle partikler kunne genereres af de eksperimenter med kraftige ionkollisioner, der er planlagt i Europa og i Japan, og vi ser frem til at arbejde sammen med kolleger der for eksperimentelt at opdage det første dibaryon-system uden for deuteron. Dette arbejde kunne give os hints til at forstå interaktionen mellem mærkelige baryoner (kaldet hyperoner) og til at forstå hvordan, under ekstreme forhold som dem, der findes i neutronstjerner, Normalt stof kan overgå til det, der kaldes hyperonisk stof – opbygget af protoner, neutroner, og mærkelige kvarkpartikler kaldet hyperoner, og til sidst kvarkstof bestående af op, dun og mærkelige kvarker."