Физики продуцируют новый вид атомной материи

В ядре атома ученые впервые соединили два протона и экзотический мезон – частицы, образующиеся на непродолжительное время, и состоят из кварка и антикварка.

Это соединение хоть теоретически и предполагали, но экспериментально никогда не проявляли до сих пор. Только обстрелявши гелий-3 энергетическими К-мезонами, удалось создать такое мезоннре сочетание в атомном ядре.

Мезоны – нестабильные «сестры» обычных ядерных частиц, в частности протонов и нейтронов. Ведь вместо кварков, они состоят из кварка и антикварка. В результате они гаснут уже через доли секунды после своего возникновения. Однако существуют определенные типы мезонов, которые живут дольше – каоны, или К-мезоны. Кроме верхнего и нижнего кварков, они содержат еще и странный кварк или его античастицу.

Интересно в мезонах то, что согласно теории эти короткие частицы в ядре атома возникают и снова исчезают очень спонтанно – при этом на мгновение создают связи с элементами атомного ядра. Если эти скрытые взаимосвязи действительно существуют, их изучение могло бы дать ценные показания про сильное взаимодействие и его частицы-составляющие, глюоны.

«Через это в течение последних 100 лет ученые исследовали немало мезонов, чтобы увидеть, существует ли такой механический состояние связанности», – пояснили Масашико Ивасаки (Masahiko Iwasaki) и его коллеги из японского Института физико-химических исследований RIKEN. Но до сих пор все поиски были тщетными.

Поэтому исследовать взялись исключительно К-мезоны. Ведь они живут немного дольше, чем другие мезоны, поэтому наиболее пригодны для исследования этой связи. Кроме того, существуют отрицательно заряженные К-мезоны, которые могут хорошо сочетаться с протонами.

В экспериментах исходным материалом ученые использовали гелий-3– изотоп гелия с двумя протонами и одним нейтроном в атомном ядре. Эту цель они обстреляли энергетическим лучом из отрицательно заряженных К-мезонов. Луч выбил нейтрон из ядра гелия и отдача сильно притормаживала некоторые каоны. Так в нескольких атомных ядрах каон стал на место нейтрона.

И решающим оказалось то, что на основании данных распада, полученных из этого эксперимента, можно прийти к выводу: в ядре гелия образуется временная связь между двумя протонами и К-мезоном.

“Самое простое и очевидное объяснение – это возникновение мезонного состояния связанности-системы, состоящей из негативного к-мезона и двух протонов, – сказал Ивасаки с коллегами. – При этом К-мезон стабилизирует присутствие обоих протонов».

Если это предположение подтвердится, то окажется, что ученые впервые создали экзотическую частицу из двух элементов ядра и мезона – совершенно новую форму материи.

“Важно, что в этом труде мы доказали: в ядерной материй мезоны могут существовать как настоящие частицы, – сказал Масагико Ивасаки. – Это отрывает совершенно новый взгляд на атомное ядро».

Ученые объясняют, что эти экзотические частицы придают ценные показания о происхождении массы атомного ядра, также они могут рассказать, как возникает экзотическая материя в центре нейтронных звезд.

В последующих экспериментах Ивасаки и его команда хотят попытаться создать такие мезонные связи в более тяжелых, чем в гелий, атомных ядрах.

Источник