Baserat på komplexa simuleringar av kvantkromodynamik utförd med K -datorn, en av de mest kraftfulla datorerna i världen, HAL QCD -samarbetet, består av forskare från RIKEN Nishina Center for Accelerator-based Science och RIKEN Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS) -programmet, tillsammans med kollegor från ett antal universitet, har förutsagt en ny typ av "dibaryon" - en partikel som innehåller sex kvarkar istället för de vanliga tre. Att studera hur dessa element bildas kan hjälpa forskare att förstå samspelet mellan elementära partiklar i extrema miljöer, såsom interiören i neutronstjärnor eller det tidiga universum strax efter Big Bang.

Partiklar som kallas "baryoner" - i princip protoner och neutroner - består av tre kvarkar bundna tätt samman, med sin laddning beroende på "färgen" på kvarkerna som utgör dem. Ett dibaryon är i huvudsak ett system med två baryoner. Det finns ett känt dibaryon i naturen - deuteron, en deuterium (eller tung väte) kärna som innehåller en proton och en neutron som är mycket lätt bundna. Forskare har länge undrat om det kan finnas andra typer av dibaryoner. Trots sökningar, inget annat dibaryon har hittats.

Gruppen, i arbete publicerat i Fysiska granskningsbrev , har nu använt kraftfulla teoretiska och beräkningsverktyg för att förutsäga förekomsten av ett "mest märkligt" dibaryon, består av två "Omega -baryoner" som innehåller tre konstiga kvarkar vardera. De kallade det "di-Omega". Gruppen föreslog också ett sätt att leta efter dessa konstiga partiklar genom experiment med kraftiga jonkollisioner planerade i Europa och Japan.

Fyndet möjliggjordes av en slumpmässig kombination av tre element:bättre metoder för att göra QCD -beräkningar, bättre simuleringsalgoritmer, och kraftfullare superdatorer.

Det första väsentliga elementet var ett nytt teoretiskt ramverk som kallades "tidsberoende HAL QCD-metoden":Det tillåter forskare att extrahera kraften som verkar mellan baryoner från den stora volymen numeriska data som erhållits med hjälp av K-datorn.

Det andra elementet var en ny beräkningsmetod, den enhetliga kontraktionsalgoritmen, vilket möjliggör mycket mer effektiv beräkning av ett system med ett stort antal kvarkar.

Det tredje elementet var tillkomsten av kraftfulla superdatorer. Enligt Shinya Gongyo från RIKEN Nishina Center, "Vi hade mycket tur som hade kunnat använda K -datorn för att utföra beräkningarna. Det tillät snabba beräkningar med ett stort antal variabler. Ändå, det tog nästan tre år för oss att nå vår slutsats om di-Omega. "

Diskuterar framtiden, Tetsuo Hatsuda från RIKEN iTHEMS säger, "Vi tror att dessa speciella partiklar kan genereras av experimenten med hjälp av kraftiga jonkollisioner som är planerade i Europa och i Japan, och vi ser fram emot att arbeta med kollegor där för att experimentellt upptäcka det första dibaryonsystemet utanför deuteron. Detta arbete kan ge oss tips för att förstå samspelet mellan konstiga baryoner (kallade hyperoner) och för att förstå hur, under extrema förhållanden som de som finns i neutronstjärnor, normal materia kan övergå till det som kallas hyperonisk materia - som består av protoner, neutroner, och konstiga kvarkpartiklar som kallas hyperoner, och så småningom till kvarkämne bestående av upp, ner och konstiga kvarker. "