Schéma de l'expérience. Crédit :RIKEN
Dans une découverte qui pourrait fournir de nouvelles informations sur l'origine de la masse dans l'univers après le Big Bang, scientifiques de la Collaboration internationale J-PARC E15, dirigés par des chercheurs du RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) ont utilisé des expériences avec des kaons et de l'hélium-3 pour démontrer expérimentalement, pour la première fois, l'existence d'un noyau exotique contenant deux protons et un kaon lié.
Les kaons sont un type de méson - un groupe de particules à durée de vie extrêmement courte qui médient la force puissante qui lie les protons et les neutrons à l'intérieur du noyau atomique, constitué d'une paire anti-quark et quark. L'existence des mésons a été proposée pour la première fois par le physicien japonais Hideki Yukawa en 1935, et après avoir découvert leur existence, il est devenu le premier Japonais à recevoir un prix Nobel pour ses efforts. Les mésons K sont récemment devenus un sujet de recherche important, car elles existent généralement sous forme de "particules virtuelles" qui apparaissent et disparaissent dans le noyau, mais elle pourrait devenir une vraie particule liée dans un noyau et devenir pour un instant fugace une partie d'un noyau exotique, avec les neutrons et les protons typiques, car il y a un léger décalage avant que l'anti-quark et le quark ne s'annihilent. Comprendre comment cela s'est produit pourrait fournir des informations sur des mystères tels que l'origine de la masse et le phénomène quantique de "confinement des couleurs". Cependant, cet état n'avait jamais été observé dans le monde réel.
Pour enquêter sur cela, le groupe de recherche a lancé une expérience pour tenter de lier un kaon à un noyau. Pour faire l'expérience, les chercheurs ont décidé d'utiliser une cible d'hélium-3, un noyau composé de deux protons et d'un seul neutron. En éliminant un neutron de la cible d'hélium-3, ils ont pu réduire considérablement l'énergie du kaon en utilisant le recul de l'éjection et en remplaçant le neutron par un kaon, formant un noyau étroitement lié avec deux protons et un seul kaon.
"Ce qui est important dans cette recherche, " dit Masahiko Iwasaki, le chef d'équipe, « est-ce que nous avons montré que les mésons peuvent exister dans la matière nucléaire en tant que particule réelle, comme du sucre qui n'est pas dissous dans l'eau. Cela ouvre une toute nouvelle façon d'examiner et de comprendre les noyaux. Comprendre de tels noyaux exotiques nous donnera un aperçu de l'origine de la masse des noyaux, ainsi que sur la façon dont la matière se forme dans le cœur des étoiles à neutrons. Nous avons l'intention de poursuivre les expériences avec des noyaux plus lourds pour approfondir notre compréhension du comportement de liaison des kaons."