Het toevoegen van een exotisch deeltje dat bekend staat als een Xi-hyperon aan een heliumkern met drie nucleonen kan een kern produceren die tijdelijk stabiel is, berekeningen van RIKEN-kernfysici hebben voorspeld. Dit resultaat zal onderzoekers helpen bij het zoeken naar de kern en inzicht verschaffen in zowel de kernfysica als de structuur van neutronensterren.

Normale atoomkernen bestaan ​​uit protonen en neutronen, die gezamenlijk bekend staan ​​als nucleonen. Elk proton en neutron is op zijn beurt weer opgebouwd uit drie quarks. Quarks zijn er in zes soorten:omhoog, omlaag, vreemd, charme, onder en boven. Maar protonen en neutronen bestaan ​​alleen uit up- en down-quarks.

Kernfysici zijn al lang geïnteresseerd in hypernuclei - kernen die een of meer hyperonen bevatten waarin ten minste één van de drie quarks een vreemde quark is. Hoewel er slechts een handvol hyperkernen zijn gemaakt in kernfysische faciliteiten, ze bieden een waardevol nieuw venster in de mysteries van kernen.

"Standaardkernen worden gedefinieerd door hoeveel protonen en neutronen ze bevatten, en dat is het. Ze zijn in wezen tweedimensionaal, ", zegt Takumi Doi van het RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science en het RIKEN Interdisciplinair Theoretical and Mathematical Sciences Program. "Hyperonen bieden ons een extra dimensie door het aantal vreemde quarks - dit stelt ons in staat om dieper inzicht te krijgen in een kern, zoals de interacties die een kern stabiel maken."

De meeste studies hebben zich gericht op hyperonen die slechts één vreemde quark bevatten. Maar hyperonen met twee vreemde quarks, bekend als Xi hyperonen, zijn ook mogelijk. Tot dusver, één hypernucleus met een Xi-hyperon en 14 nucleonen is gemaakt.

Doi en collega's vermoedden dat er mogelijk lichtere hypernuclei met Xi hyperon bestaan, en ze voerden berekeningen uit van de interactie tussen een Xi-hyperon en een nucleon op de K-supercomputer van RIKEN om erachter te komen. Hun resultaten voorspellen dat een hypernucleus bestaande uit drie normale nucleonen en één Xi-hyperon stabiel genoeg zou moeten zijn om in experimenten te worden gemaakt. Volgens hun berekeningen dit is de lichtste hypernucleus die een Xi-hyperon bevat.

Hun resultaten kwamen als een verrassing omdat ze sterk verschilden van die verkregen met een benadering. "We voorspelden dat de interactie aantrekkelijk is wanneer de Xi-hyperon en een nucleon zich in een bepaalde staat bevinden, overwegende dat een benadering bij benadering schat dat het overeenkomstige potentieel weerzinwekkend zal zijn, ", zegt Doi. "Dus deze resultaten zijn heel verschillend."

De resultaten zullen niet alleen experimentatoren een doel geven om naar te streven, ze zullen ook bijdragen aan studies naar neutronensterren. Neutronensterren zijn de extreem dichte overblijfselen van grote sterren die onder hun eigen zwaartekracht zijn ingestort en supernova-explosies hebben ondergaan. Hun interieurs kunnen de omstandigheden bieden waaronder hypernuclei met Xi-hyperonen zouden kunnen bestaan.