Basé sur des simulations complexes de chromodynamique quantique réalisées à l'aide de l'ordinateur K, l'un des ordinateurs les plus puissants au monde, la collaboration HAL QCD, composé de scientifiques du RIKEN Nishina Center for Accelerator-based Science et du programme RIKEN Interdisciplinaire Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS), avec des collègues de plusieurs universités, ont prédit un nouveau type de « dibaryon », une particule qui contient six quarks au lieu des trois habituels. L'étude de la formation de ces éléments pourrait aider les scientifiques à comprendre les interactions entre les particules élémentaires dans des environnements extrêmes tels que l'intérieur des étoiles à neutrons ou les premiers instants de l'univers après le Big Bang.

Les particules connues sous le nom de « baryons », principalement des protons et des neutrons, sont composées de trois quarks étroitement liés entre eux, avec leur charge en fonction de la "couleur" des quarks qui les composent. Un dibaryon est essentiellement un système avec deux baryons. Il existe un dibaryon connu dans la nature :le deutéron, un noyau de deutérium (ou hydrogène lourd) qui contient un proton et un neutron très faiblement liés. Les scientifiques se demandent depuis longtemps s'il pourrait exister d'autres types de dibaryons. Malgré les recherches, aucun autre dibaryon n'a été trouvé.

Le groupe, dans un ouvrage publié dans Lettres d'examen physique , a maintenant utilisé de puissants outils théoriques et informatiques pour prédire l'existence d'un dibaryon "le plus étrange", composé de deux "baryons Omega" contenant chacun trois quarks étranges. Ils l'ont nommé "di-Omega". Le groupe a également suggéré un moyen de rechercher ces particules étranges grâce à des expériences de collisions d'ions lourds prévues en Europe et au Japon.

Le constat a été rendu possible par une combinaison fortuite de trois éléments :de meilleures méthodes pour faire des calculs QCD, meilleurs algorithmes de simulation, et des supercalculateurs plus puissants.

Le premier élément essentiel était un nouveau cadre théorique appelé "méthode HAL QCD dépendante du temps" :elle permet aux chercheurs d'extraire la force agissant entre les baryons à partir du grand volume de données numériques obtenues à l'aide de l'ordinateur K.

Le deuxième élément était une nouvelle méthode de calcul, l'algorithme de contraction unifié, ce qui permet un calcul beaucoup plus efficace d'un système avec un grand nombre de quarks.

Le troisième élément fut l'avènement de puissants supercalculateurs. Selon Shinya Gongyo du RIKEN Nishina Center, "Nous avons eu beaucoup de chance d'avoir pu utiliser l'ordinateur K pour effectuer les calculs. Il a permis des calculs rapides avec un grand nombre de variables. Pourtant, il nous a fallu près de trois ans pour arriver à notre conclusion sur le di-Omega."

Discuter de l'avenir, Tetsuo Hatsuda de RIKEN iTHEMS dit :"Nous pensons que ces particules spéciales pourraient être générées par les expériences utilisant des collisions d'ions lourds qui sont prévues en Europe et au Japon, et nous sommes impatients de travailler avec des collègues là-bas pour découvrir expérimentalement le premier système dibaryon en dehors du deutéron. Ce travail pourrait nous donner des pistes pour comprendre l'interaction entre les baryons étranges (appelés hypérons) et pour comprendre comment, dans des conditions extrêmes comme celles trouvées dans les étoiles à neutrons, la matière normale peut passer à ce qu'on appelle la matière hyperonique, constituée de protons, neutrons, et des particules de quarks étranges appelées hypérons, et finalement pour quark la matière composée de up, down et quarks étranges."