I en upptäckt som kan ge nya insikter om massans ursprung i universum efter Big Bang, forskare från det internationella J-PARC E15 Collaboration, ledd av forskare från RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) har använt experiment med kaoner och helium-3 för att experimentellt demonstrera, för första gången, förekomsten av en exotisk kärna som innehåller två protoner och en bunden kaon.

Kaoner är en typ av meson-en grupp extremt kortlivade partiklar som förmedlar den starka kraft som binder protoner och neutroner inuti atomkärnan, bestående av ett anti-kvark- och kvarkpar. Förekomsten av mesoner föreslogs först av den japanska fysikern Hideki Yukawa 1935, och efter att de upptäcktes existera blev han den första japanen som fick ett Nobelpris för sina insatser. K mesoner har nyligen blivit ett viktigt forskningsämne, eftersom de vanligtvis existerar som "virtuella partiklar" som dyker in och ut ur existensen i kärnan, men det kan bli verklig bunden partikel i en kärna och för en kortvarig stund bli en del av en exotisk kärna, tillsammans med de typiska neutronerna och protonerna, eftersom det finns en liten tidsfördröjning innan antikvarken och kvarken förintas. Att förstå hur detta hände kan ge insikter i mysterier som till exempel massans ursprung och kvantefenomenet "färgbegränsning". Dock, detta tillstånd hade aldrig observerats i den verkliga världen.

För att undersöka detta, forskargruppen startade experiment för att försöka binda en kaon till en kärna. För att göra experimentet, forskarna bestämde sig för att använda ett helium-3-mål-en kärna som består av två protoner och en enda neutron. Genom att slå ut en neutron från helium-3-målet kunde de kraftigt minska kaonens energi genom att använda rekylen från utkastningen och ersätta neutronen med en kaon, bildar en tätt bunden kärna med två protoner och en enda kaon.

"Vad är viktigt med denna forskning, "säger Masahiko Iwasaki, teamets ledare, "är att vi har visat att mesoner kan existera i kärnämne som en verklig partikel - som socker som inte är upplöst i vatten. Detta öppnar upp ett helt nytt sätt att se på och förstå kärnor. Att förstå sådana exotiska kärnor ger oss insikter om ursprunget till massan av kärnor, liksom hur materia bildas i kärnan i neutronstjärnor. Vi tänker fortsätta experimentera med tyngre kärnor för att öka vår förståelse av kaons bindningsbeteende. "