A fizikusok új nukleáris anyagokat termelnek

Két proton és egy K-mezon első részecskéjét detektáltuk

Új atommag: A K-mezon (piros) kilép a neutronból (zöld) a hélium-3 magból, és kötést képez a két protonnal (kék). © ÖAW / Harald Ritsch
felolvasta

Egzotikus atommag: A kutatók először két protont hoztak párba egy atommagban egy egzotikus mezonnal - egy rövid élettartamú részecskét a kvarcból és egy antigótot. Noha ezt az elméletileg megjósolták, ezt a kötődést soha nem bizonyították kísérletileg. Csak a hélium-3 nagy energiájú K-mezonokkal történő bombázásakor lehetett ilyen mezonkötést létrehozni az atommagban.

A mezonok a normál nukleáris részecskék instabil "testvérei", például protonok és neutronok. Mivel a különféle kvarkok helyett kvarkból és antiquarkból állnak. Ennek eredményeként akár másodpercekre is eloltják magukat a megjelenésük után. De számos olyan mezon létezik, amelyek kissé tovább élnek: kaonok, más néven k-mezonok. A fel és le kvarcon kívül ezek a részecskék mindig tartalmaznak szigorú kvarkot vagy annak részecskéit is.

Rejtett kölcsönhatás az atommagban

Izgalmas dolog a mezonakról: Az elmélet szerint ezek az atommagban levő rövid élettartamú részecskék spontán módon előfordulhatnak és eltűnhetnek - és még rövid ideig is képesek valamilyen kötődést képezni a mag építőelemeivel. Ha ez a rejtett kölcsönhatás valóban fennáll, feltárása értékes betekintést nyújthat az erős nukleáris erőbe és annak erőszemcséjébe, a gluonokba.

Egy k-meson (kaon) egy up-quarkból és egy anti-string quarkból. © Horvath Arpad / CC-by-sa 2.5

"Ezért vizsgáltunk sok mezonot az elmúlt 100 évben annak megállapítása érdekében, létezik-e ilyen kötési mezonikus állapot" - magyarázza Masahiko Iwasaki, a japán RIKEN kutatóközpont és munkatársai. Eddig azonban hiába. Ezért a kutatók elkészítették a K-mezonokat. Mivel ezek kissé hosszabb ideig tartanak, mint más mezonok, valószínűleg ők a kötés jelöltjei. Ezen kívül léteznek negatívan töltött K-mezonok, amelyek jól kapcsolódhatnak a protonokhoz.

A hélium-3 teljesen új magállapotmá válik

Kísérleteikre a fizikusok hélium-3-at használtak kiindulási anyagként - egy hélium izotópját, amely két protonból és egy neutronból áll a magban. Bombázták ezt a célpontot egy negatív töltésű K-mezon nagy energiájú sugárral. Ez a részecskenyaláb kiütötte a neutront a héliummagokból és súlyosan lelassította néhány kaont a gerincén keresztül. Ez lehetővé tette, hogy egy kaon néhány atommagban helyettesítse a neutronot. kijelző

Ugyanakkor az a döntő tényező, hogy a kísérlet bomlási adatai alapján a kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a héliummag két protonja és a K-mezon között átmenetileg fennáll a kapcsolat. "Az eredmények legegyszerűbb és legnyilvánvalóbb értelmezése egy mezónikus kötési állapot - egy rendszer, amely negatív K-mezonból és két protonból áll" - mondja Iwasaki és munkatársai. "A K-mezon energetikailag stabilizálódik a két proton jelenlétével."

Új pillantás az atommagokra és az erős atomenergiára

Ha ezt megerősítik, akkor a kutatók először előálltak egy egzotikus részecskéből, amely két magépítő blokkból és egy mezonból áll - egy teljesen új anyagállapotból. "Ebben a munkában az a fontos, hogy bebizonyítsuk, hogy a nukleáris anyagban lévő mezonok valódi részecskékként létezhetnek" - mondta Masahiko Iwasaki, a RIKEN Kutatóközpont. "Ez egy teljesen új módszert nyit meg az atommagok megnézéséhez és megértéséhez."

Mivel, ahogyan a kutatók elmagyarázzák, ezek az egzotikus részecskék értékes betekintést nyújtanak az atommagok tömegének eredetéhez, de felfedhetik azt is, hogy az egzotikus anyag miként helyezkedik el a neutroncsillagok középpontjában. Ezután Iwasaki és csapata megpróbálja ilyen mezonkötéseket létrehozni nehezebb atommagokkal, mint a héliummal. (Physics Letters B, 2019; doi: 10.1016 / j.physletb.2018.12.058)

Forrás: RIKEN

- Nadja Podbregar