L'aggiunta di una particella esotica nota come iperone Xi a un nucleo di elio con tre nucleoni potrebbe produrre un nucleo temporaneamente stabile, i calcoli dei fisici nucleari RIKEN hanno previsto. Questo risultato aiuterà gli sperimentatori a cercare il nucleo e fornirà approfondimenti sia sulla fisica nucleare che sulla struttura delle stelle di neutroni.

I nuclei atomici normali sono costituiti da protoni e neutroni, che sono noti collettivamente come nucleoni. Ogni protone e neutrone a sua volta è composto da tre quark. I quark sono di sei tipi:up, fuori uso, strano, fascino, inferiore e superiore. Ma protoni e neutroni sono costituiti solo da quark up e down.

I fisici nucleari sono stati a lungo interessati agli ipernuclei, nuclei che contengono uno o più iperoni in cui almeno uno dei tre quark è un quark strano. Mentre solo una manciata di ipernuclei è stata creata nelle strutture di fisica nucleare, forniscono una nuova preziosa finestra sui misteri dei nuclei.

"I nuclei standard sono definiti da quanti protoni e neutroni contengono, e basta. Sono essenzialmente bidimensionali, " dice Takumi Doi al RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science e al RIKEN Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences Program. come le interazioni che rendono stabile un nucleo."

La maggior parte degli studi si è concentrata su iperoni che contengono un solo quark strano. Ma iperoni con due strani quark, noti come iperoni Xi, sono anche possibili. Finora, è stato realizzato un ipernucleo contenente un iperone Xi e 14 nucleoni.

Doi e colleghi sospettavano che potessero esistere ipernuclei più leggeri contenenti l'iperone Xi, e hanno eseguito calcoli dell'interazione tra un iperone Xi e un nucleone sul supercomputer K di RIKEN per scoprirlo. I loro risultati prevedono che un ipernucleo composto da tre nucleoni normali e un iperone Xi dovrebbe essere abbastanza stabile da poter essere realizzato negli esperimenti. Secondo i loro calcoli, questo è l'ipernucleo più leggero contenente un iperone Xi.

I loro risultati sono stati una sorpresa perché differivano notevolmente da quelli ottenuti utilizzando un'approssimazione. "Abbiamo previsto che l'interazione è attraente quando l'iperone Xi e un nucleone si trovano in uno stato particolare, considerando che un approccio approssimativo stima che il potenziale corrispondente sarà repulsivo, " dice Doi. "Quindi questi risultati sono molto diversi".

I risultati non solo daranno agli sperimentali un obiettivo a cui puntare, informeranno anche gli studi sulle stelle di neutroni. Le stelle di neutroni sono i resti estremamente densi di grandi stelle che sono collassate sotto la loro stessa gravità e hanno subito esplosioni di supernova. I loro interni potrebbero fornire le condizioni in cui potrebbero esistere ipernuclei contenenti iperoni Xi.