Att lägga till en exotisk partikel känd som en Xi-hyperon till en heliumkärna med tre nukleoner kan producera en kärna som är tillfälligt stabil, beräkningar av RIKEN kärnfysiker har förutsagt. Detta resultat kommer att hjälpa experimentalister att söka efter kärnan och ge insikter i både kärnfysik och neutronstjärnornas struktur.

Normala atomkärnor består av protoner och neutroner, som är gemensamt kända som nukleoner. Varje proton och neutron består i sin tur av tre kvarker. Quarks finns i sex typer:upp, ner, konstig, charm, botten och topp. Men protoner och neutroner består bara av upp- och nedkvarkar.

Kärnfysiker har länge varit intresserade av hyperkärnor – kärnor som innehåller en eller flera hyperoner där åtminstone en av de tre kvarkarna är en märklig kvark. Medan endast en handfull hyperkärnor har skapats vid kärnfysikanläggningar, de ger ett värdefullt nytt fönster in i kärnornas mysterier.

"Standardkärnor definieras av hur många protoner och neutroner de innehåller, och det är allt. De är i huvudsak tvådimensionella, " säger Takumi Doi vid RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science och RIKEN Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences Program. "Hyperoner ger oss en extra dimension genom antalet konstiga kvarkar – detta gör att vi kan få djupare insikter i en kärna, som växelverkan som gör en kärna stabil."

De flesta studier har fokuserat på hyperoner som bara innehåller en konstig kvark. Men hyperoner med två konstiga kvarker, känd som Xi hyperoner, är också möjliga. Än så länge, en hypernucleus innehållande en Xi-hyperon och 14 nukleoner har gjorts.

Doi och medarbetare misstänkte att lättare hyperkärnor som innehåller Xi-hyperon kan existera, och de utförde beräkningar av interaktionen mellan en Xi -hyperon och en nukleon på RIKEN:s superdator för att ta reda på det. Deras resultat förutspår att en hypernukleus som består av tre normala nukleoner och en Xi-hyperon borde vara tillräckligt stabil för att göras i experiment. Enligt deras beräkningar, detta är den lättaste hypernukleus som innehåller en Xi-hyperon.

Deras resultat kom som en överraskning eftersom de skilde sig mycket från de som erhölls med hjälp av en approximation. "Vi förutspådde att interaktionen är attraktiv när Xi-hyperonen och en nukleon är i ett visst tillstånd, Ett ungefärligt tillvägagångssätt uppskattar att motsvarande potential kommer att vara frånstötande. " säger Doi. "Så dessa resultat är väldigt olika."

Resultaten kommer inte bara att ge experimentalister ett mål att sikta på, de kommer också att informera studier om neutronstjärnor. Neutronstjärnor är de extremt täta resterna av stora stjärnor som har kollapsat under sin egen gravitation och genomgått supernovaexplosioner. Deras inre kan ge de förhållanden under vilka hyperkärnor som innehåller Xi-hyperoner skulle kunna existera.