In una scoperta che potrebbe fornire nuove intuizioni sull'origine della massa nell'universo dopo il Big Bang, scienziati della collaborazione internazionale J-PARC E15, guidati dai ricercatori del RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) hanno utilizzato esperimenti con kaoni ed elio-3 per dimostrare sperimentalmente, per la prima volta, l'esistenza di un nucleo esotico contenente due protoni e un kaone legato.

I kaoni sono un tipo di mesone, un gruppo di particelle di vita estremamente breve che mediano la forte forza che lega protoni e neutroni all'interno del nucleo atomico, costituito da una coppia anti-quark e quark. L'esistenza dei mesoni fu proposta per la prima volta dal fisico giapponese Hideki Yukawa nel 1935, e dopo che fu scoperto che esistevano, divenne il primo giapponese a ricevere un premio Nobel per i suoi sforzi. I mesoni K sono recentemente diventati un importante argomento di ricerca, poiché di solito esistono come "particelle virtuali" che entrano ed escono dall'esistenza nel nucleo, ma potrebbe diventare una vera particella legata in un nucleo e diventare per un fugace momento parte di un nucleo esotico, insieme ai tipici neutroni e protoni, poiché c'è un leggero ritardo prima che l'anti-quark e il quark si annichiliscano. Comprendere come ciò sia accaduto potrebbe fornire intuizioni su misteri come l'origine della massa e il fenomeno quantistico del "confinamento del colore". Però, questo stato non era mai stato osservato nel mondo reale.

Per indagare su questo, il gruppo di ricerca ha lanciato l'esperimento per cercare di legare un kaon a un nucleo. Per fare l'esperimento, i ricercatori hanno deciso di utilizzare un bersaglio di elio-3, un nucleo composto da due protoni e un singolo neutrone. Eliminando un neutrone dal bersaglio di elio-3 sono stati in grado di ridurre notevolmente l'energia del kaone utilizzando il rinculo dell'espulsione e sostituendo il neutrone con un kaone, formando un nucleo strettamente legato con due protoni e un singolo kaone.

"Ciò che è importante in questa ricerca, "dice Masahiko Iwasaki, il leader della squadra, "è che abbiamo dimostrato che i mesoni possono esistere nella materia nucleare come una vera particella, come lo zucchero che non è disciolto nell'acqua. Questo apre un modo completamente nuovo di guardare e capire i nuclei. Comprendere questi nuclei esotici ci darà informazioni su l'origine della massa dei nuclei, così come a come la materia si forma nel nucleo delle stelle di neutroni. Intendiamo continuare gli esperimenti con nuclei più pesanti per approfondire la nostra comprensione del comportamento di legame dei kaoni".