In een ontdekking die nieuwe inzichten zou kunnen opleveren in de oorsprong van massa in het universum na de oerknal, wetenschappers van de internationale J-PARC E15 Collaboration, onder leiding van onderzoekers van de RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) hebben experimenten met kaonen en helium-3 gebruikt om experimenteel aan te tonen, Voor de eerste keer, het bestaan ​​van een exotische kern met twee protonen en een gebonden kaon.

Kaonen zijn een soort mesonen - een groep extreem kortlevende deeltjes die de sterke kracht bemiddelen die protonen en neutronen in de atoomkern bindt, bestaande uit een anti-quark en een quark-paar. Het bestaan ​​van mesonen werd voor het eerst voorgesteld door de Japanse natuurkundige Hideki Yukawa in 1935, en nadat ontdekt werd dat ze bestonden, werd hij de eerste Japanner die een Nobelprijs ontving voor zijn inspanningen. K-mesonen zijn recentelijk een belangrijk onderzoeksonderwerp geworden, omdat ze meestal bestaan ​​als 'virtuele deeltjes' die in en uit de kern springen, maar het kan een echt gebonden deeltje in een kern worden en voor een vluchtig moment een deel van een exotische kern worden, samen met de typische neutronen en protonen, omdat er een kleine vertraging is voordat de anti-quark en de quark worden vernietigd. Begrijpen hoe dit gebeurde, zou inzicht kunnen verschaffen in mysteries zoals de oorsprong van massa en het kwantumfenomeen van 'kleurbeperking'. Echter, deze toestand was nog nooit in de echte wereld waargenomen.

Om dit te onderzoeken, de onderzoeksgroep lanceerde een experiment om te proberen een kaon aan een kern te binden. Om het experiment te doen, de onderzoekers besloten een helium-3-doelwit te gebruiken - een kern bestaande uit twee protonen en een enkel neutron. Door een neutron uit het helium-3-doelwit uit te schakelen, waren ze in staat om de energie van het kaon aanzienlijk te verminderen door de terugslag van de ejectie te gebruiken en het neutron te vervangen door een kaon, vormen een strak gebonden kern met twee protonen en een enkele kaon.

"Wat belangrijk is aan dit onderzoek, " zegt Masahiko Iwasaki, de leider van het team, "is dat we hebben aangetoond dat mesonen in nucleaire materie kunnen bestaan ​​als een echt deeltje-achtige suiker die niet is opgelost in water. Dit opent een geheel nieuwe manier om naar kernen te kijken en deze te begrijpen. Het begrijpen van dergelijke exotische kernen zal ons inzicht geven in de oorsprong van de massa van kernen, en hoe materie zich vormt in de kern van neutronensterren. We zijn van plan door te gaan met experimenten met zwaardere kernen om ons begrip van het bindingsgedrag van kaonen te vergroten."