Ученые наблюдают новую форму странного вещества

В открытии, которое может дать новое понимание происхождения массы во Вселенной после Большого взрыва, ученые из международной группы J-PARC E15 Collaboration, возглавляемой исследователями из RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR), использовали эксперименты с каонами и гелием-3, чтобы впервые экспериментально продемонстрировать существование экзотических ядер, содержащих два протона и связанный каон.

Каоны - это тип мезонов, состоящих из пары антикварк и кварк, группы чрезвычайно короткоживущих частиц, которые опосредуют сильные взаимодействия, связывающие протоны и нейтроны внутри атомного ядра. Существование мезонов было впервые предложено японским физиком Хидеки Юкавой в 1935 году, и после того, как они были обнаружены, он стал первым японцем, получившим Нобелевскую премию за свое открытие. К-мезоны в последнее время стали важной темой исследований, так как они обычно существуют как виртуальные частицы, которые появляются и исчезают в ядре, но могут стать реальной связанной частицей в ядре и стать на мгновение частью экзотического ядра, наряду с типичными нейтронами и протонами, поскольку существует небольшая задержка во времени до того, как антикварк и кварк аннигилируют. Понимание того, как это происходит, может дать представление о таких загадках, как происхождение массы и квантовый феномен «запирание цвета» (color confinement). Однако это состояние никогда не наблюдалось в реальном мире.

Для исследования этого группа ученых запустила эксперимент, чтобы попытаться связать каон с ядром. Для проведения эксперимента исследователи решили использовать мишень из гелия-3, ядра, состоящего из двух протонов и одного нейтрона. Выбив нейтрон из гелия-3, они смогли значительно уменьшить энергию каона, используя отдачу от выброса и заменив нейтрон каоном, образовав тесно связанное ядро с двумя протонами и одним каоном.

«Что важно в этом исследовании, - говорит руководитель группы Масахико Ивасаки (Masahiko Iwasaki) - это то, что мы показали, что мезоны могут существовать в ядерной материи в виде реальных частиц. Это открывает совершенно новый способ взглянуть и понять ядра. Понимание таких экзотических ядер даст нам представление о происхождении массы ядер, а также о том, как материя образуется в ядре нейтронных звезд. Мы намерены продолжить эксперименты с более тяжелыми ядрами, чтобы углубить наше понимание связывающего поведения каонов».