У ядрі атома науковці вперше сполучили два протони та екзотичний мезон - частинки, що утворюються на нетривалий час і складаються з кварка й антикварка. Це з'єднання хоч теоретично і передбачали, але експериментально ніколи не виявляли - дотепер.

Лише обстрілявши гелій-3 енергетичними К-мезонами, вдалося створити таке мезонне поєднання в атомному ядрі.

Мезони - нестабільні «сестри» звичайних ядерних частинок, зокрема, протонів і нейтронів. Адже замість кварків вони складаються з кварка та антикварка. У результаті вони гаснуть вже через частки секунди після свого виникнення. Проте існують певні типи мезонів, які живуть довше - каони, або К-мезони. Крім верхнього і нижнього кварків, вони містять ще й дивний кварк або його античастинку.

Цікаво у мезонах те, що, згідно з теорією, ці короткотривалі частинки в ядрі атома виникають і знову зникають дуже спонтанно - при цьому на мить створюють зв'язки з елементами атомного ядра. Якщо ці приховані взаємозв'язки справді існують, їх вивчення могло б надати цінні свідчення про сильну взаємодію та її частинки-складові, глюони.

«Через це впродовж останніх 100 років вчені досліджували чимало мезонів, аби побачити, чи існує такий механічний стан зв'язаності», - пояснили Масагіко Івасакі (Masahiko Iwasaki) та його колеги з японського Інституту фізико-хімічних досліджень RIKEN. Але дотепер усі пошуки були марними.

Тож досліджувати взялися виключно К-мезони. Адже вони живуть трохи довше, ніж інші мезони, тож найбільше придатні для дослідження цього зв'язку. Крім того, існують негативно заряджені К-мезони, які можуть добре сполучатися з протонами.

В експериментах як вихідний матеріал науковці використали гелій-3 - ізотоп гелію з двома протонами й одним нейтроном в атомному ядрі. Цю ціль вони обстріляли енергетичним променем з негативно заряджених К-мезонів. Промінь вибив нейтрон із ядра гелію, віддача сильно пригальмовувала деякі каони. Так у кількох атомних ядрах каон став на місце нейтрона.

Вирішальним виявилося те, що на підставі даних розпаду, отриманих з цього експерименту, можна дійти висновку: в ядрі гелію утворюється тимчасовий зв'язок між двома протонами та К-мезоном.

«Найпростіше та найочевидніше пояснення - це виникнення мезонного стану зв'язаності: системи, що складається з негативного К-мезона й двох протонів, - сказав Івасакі з колегами. - При цьому К-мезон стабілізує присутність обох протонів».

Якщо це припущення підтвердиться, то виявиться, що вчені вперше створили екзотичну частинку з двох елементів ядра та мезона - цілком нову форму матерії. «Важливо, що в цій праці ми довели: в ядерній матерій мезони можуть існувати як справжні частинки, - сказав Масагіко Івасакі. - Це відриває цілком новий погляд на атомне ядро».

Учені пояснюють, що ці екзотичні частинки надають цінні свідчення про походження маси атомного ядра, також вони можуть розповісти, як виникає екзотична матерія в центрі нейтронних зір.

У наступних експериментах Івасакі і його команда хочуть спробувати створити такі мезонні зв'язки у важчих від гелію атомних ядрах.

Автор: Nadja Podbregar

Зреферувала С. К., «Zbruc»

Джерело: SCINEXX