Forskere observerer en ny form for mærkeligt stof

I en opdagelse, der kunne give ny indsigt i massens oprindelse i universet efter Big Bang, forskere fra det internationale J-PARC E15 Collaboration, ledet af forskere fra RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) har brugt eksperimenter med kaoner og helium-3 til eksperimentelt at demonstrere, for første gang, eksistensen af ​​en eksotisk kerne indeholdende to protoner og en bundet kaon.

Kaoner er en type meson - en gruppe af ekstremt kortlivede partikler, der medierer den stærke kraft, der binder protoner og neutroner inde i atomkernen, bestående af et anti-kvark- og kvarkpar. Eksistensen af ​​mesoner blev først foreslået af den japanske fysiker Hideki Yukawa i 1935, og efter at de blev opdaget at eksistere, blev han den første japaner til at modtage en Nobelpris for sin indsats. K mesoner er for nylig blevet et vigtigt forskningsemne, da de normalt eksisterer som "virtuelle partikler", der popper ind og ud af eksistensen i kernen, men det kan blive en reel bundet partikel i en kerne og for et flygtigt øjeblik blive en del af en eksotisk kerne, sammen med de typiske neutroner og protoner, da der er en lille forsinkelse før anti-kvarken og kvarken udsletter. At forstå, hvordan dette skete, kunne give indsigt i mysterier såsom massens oprindelse og kvantefænomenet "farveindeslutning". Imidlertid, denne tilstand var aldrig blevet observeret i den virkelige verden.

For at undersøge dette, forskergruppen lancerede et eksperiment for at forsøge at binde en kaon til en kerne. For at udføre eksperimentet, forskerne besluttede at bruge et helium-3-mål - en kerne bestående af to protoner og en enkelt neutron. Ved at slå en neutron ud fra helium-3 målet var de i stand til i høj grad at reducere kaonens energi ved at bruge rekylen fra udstødningen og erstatte neutronen med en kaon, danner en tæt bundet kerne med to protoner og en enkelt kaon.

"Hvad er vigtigt ved denne forskning, " siger Masahiko Iwasaki, lederen af ​​holdet, "er, at vi har vist, at mesoner kan eksistere i nukleart stof som en ægte partikel - som sukker, der ikke er opløst i vand. Dette åbner op for en helt ny måde at se på og forstå kerner. At forstå sådanne eksotiske kerner vil give os indsigt i oprindelsen af ​​massen af ​​kerner, samt til hvordan stof dannes i kernen af ​​neutronstjerner. Vi agter at fortsætte eksperimenter med tungere kerner for at fremme vores forståelse af kaoners bindingsadfærd."