L'ajout d'une particule exotique connue sous le nom d'hypéron Xi à un noyau d'hélium avec trois nucléons pourrait produire un noyau temporairement stable, les calculs des physiciens nucléaires de RIKEN ont prédit. Ce résultat aidera les expérimentateurs à rechercher le noyau et fournira des informations sur la physique nucléaire et la structure des étoiles à neutrons.

Les noyaux atomiques normaux sont constitués de protons et de neutrons, qui sont collectivement appelés nucléons. Chaque proton et neutron est à son tour composé de trois quarks. Les quarks sont de six types :up, vers le bas, étrange, charme, en bas et en haut. Mais les protons et les neutrons ne sont constitués que de quarks up et down.

Les physiciens nucléaires s'intéressent depuis longtemps aux hypernoyaux, c'est-à-dire des noyaux contenant un ou plusieurs hypérons dans lesquels au moins un des trois quarks est un quark étrange. Alors que seule une poignée d'hypernoyaux ont été créés dans des installations de physique nucléaire, ils offrent une nouvelle fenêtre précieuse sur les mystères des noyaux.

"Les noyaux standard sont définis par le nombre de protons et de neutrons qu'ils contiennent, et c'est tout. Ils sont essentiellement bidimensionnels, " déclare Takumi Doi du RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science et du programme interdisciplinaire de sciences théoriques et mathématiques RIKEN. telles que les interactions qui rendent un noyau stable."

La plupart des études se sont concentrées sur les hypérons qui contiennent un seul quark étrange. Mais des hypérons avec deux quarks étranges, connu sous le nom d'hypérons de Xi, sont également possibles. Jusque là, un hypernoyau contenant un hypéron Xi et 14 nucléons a été réalisé.

Doi et ses collègues soupçonnaient l'existence d'hypernoyaux plus légers contenant de l'hypéron Xi, et ils ont effectué des calculs de l'interaction entre un hypéron Xi et un nucléon sur le supercalculateur K de RIKEN pour le découvrir. Leurs résultats prédisent qu'un hypernoyau composé de trois nucléons normaux et d'un hypéron Xi devrait être suffisamment stable pour être réalisé expérimentalement. D'après leurs calculs, c'est l'hypernoyau le plus léger contenant un hypéron Xi.

Leurs résultats sont surprenants car ils diffèrent fortement de ceux obtenus par approximation. "Nous avons prédit que l'interaction est attractive lorsque l'hypéron Xi et un nucléon sont dans un état particulier, alors qu'une approche approximative estime que le potentiel correspondant sera répulsif, " dit Doi. "Donc, ces résultats sont très différents."

Les résultats ne donneront pas seulement aux expérimentateurs une cible à viser, ils éclaireront également les études sur les étoiles à neutrons. Les étoiles à neutrons sont les restes extrêmement denses de grandes étoiles qui se sont effondrées sous leur propre gravité et ont subi des explosions de supernova. Leurs intérieurs peuvent fournir les conditions dans lesquelles des hypernoyaux contenant des hypérons Xi pourraient exister.