Let kerne forudsagde at være stabil på trods af at have to mærkelige kvarker

Tilføjelse af en eksotisk partikel kendt som en Xi-hyperon til en heliumkerne med tre nukleoner kunne producere en kerne, der er midlertidigt stabil, beregninger fra RIKENs kernefysikere har forudsagt. Dette resultat vil hjælpe eksperimentelister med at søge efter kernen og give indsigt i både kernefysik og strukturen af ​​neutronstjerner.

Normale atomkerner består af protoner og neutroner, som tilsammen er kendt som nukleoner. Hver proton og neutron består igen af ​​tre kvarker. Quarks findes i seks typer:op, ned, mærkelig, charme, bund og top. Men protoner og neutroner består kun af op- og nedkvarker.

Kernefysikere har længe været interesseret i hyperkerner - kerner, der indeholder en eller flere hyperoner, hvori mindst en af ​​de tre kvarker er en mærkelig kvark. Mens kun en håndfuld hyperkerner er blevet skabt på kernefysiske faciliteter, de giver et værdifuldt nyt vindue ind i kernernes mysterier.

"Standardkerner er defineret ved, hvor mange protoner og neutroner de indeholder, og det er det. De er grundlæggende todimensionelle, " siger Takumi Doi ved RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science og RIKEN Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences Program. "Hyperoner tilbyder os en ekstra dimension gennem antallet af mærkelige kvarker - dette gør os i stand til at få dybere indsigt i en kerne, såsom de interaktioner, der gør en kerne stabil."

De fleste undersøgelser har fokuseret på hyperoner, der kun indeholder en mærkelig kvark. Men hyperoner med to mærkelige kvarker, kendt som Xi hyperoner, er også mulige. Indtil nu, en hypernucleus indeholdende en Xi hyperon og 14 nukleoner er blevet lavet.

Doi og kolleger havde mistanke om, at lettere hyperkerner indeholdende Xi hyperon kan eksistere, og de udførte beregninger af interaktionen mellem en Xi-hyperon og en nukleon på RIKENs K-supercomputer for at finde ud af det. Deres resultater forudsiger, at en hypernucleus, der består af tre normale nukleoner og en Xi-hyperon, skulle være stabil nok til at blive lavet i eksperimenter. Ifølge deres beregninger, dette er den letteste hypernucleus, der indeholder et Xi-hyperon.

Deres resultater kom som en overraskelse, fordi de adskilte sig meget fra dem, der blev opnået ved hjælp af en tilnærmelse. "Vi forudsagde, at interaktionen er attraktiv, når Xi-hyperonet og en nukleon er i en bestemt tilstand, der henviser til, at en omtrentlig tilgang anslår, at det tilsvarende potentiale vil være frastødende, " siger Doi. "Så disse resultater er meget forskellige."

Resultaterne vil ikke kun give eksperimentelister et mål at sigte efter, de vil også informere undersøgelser af neutronstjerner. Neutronstjerner er de ekstremt tætte rester af store stjerner, der er kollapset under deres egen tyngdekraft og har gennemgået supernovaeksplosioner. Deres indre kan give de betingelser, hvorunder hyperkerner indeholdende Xi-hyperoner kunne eksistere.