Em uma descoberta que pode fornecer novos insights sobre a origem da massa no universo após o Big Bang, cientistas da colaboração internacional J-PARC E15, liderados por pesquisadores do RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) usaram experimentos com kaons e hélio-3 para demonstrar experimentalmente, pela primeira vez, a existência de um núcleo exótico contendo dois prótons e um kaon ligado.

Kaons são um tipo de méson - um grupo de partículas de vida extremamente curta que medeiam a força forte que liga prótons e nêutrons dentro do núcleo atômico, consistindo em um par anti-quark e quark. A existência de mésons foi proposta pela primeira vez pelo físico japonês Hideki Yukawa em 1935, e depois que eles foram descobertos, ele se tornou o primeiro japonês a receber o Prêmio Nobel por seus esforços. Mésons K recentemente se tornaram um importante tópico de pesquisa, já que geralmente existem como "partículas virtuais" que entram e saem da existência no núcleo, mas pode se tornar uma partícula real ligada em um núcleo e tornar-se, por um momento fugaz, uma parte de um núcleo exótico, junto com os nêutrons e prótons típicos, uma vez que há um pequeno intervalo de tempo antes que o anti-quark e o quark sejam aniquilados. Entender como isso aconteceu pode fornecer insights sobre mistérios como a origem da massa e o fenômeno quântico do "confinamento de cores". Contudo, este estado nunca foi observado no mundo real.

Para investigar isso, o grupo de pesquisa lançou um experimento para tentar ligar um kaon a um núcleo. Para fazer o experimento, os pesquisadores decidiram usar um alvo de hélio-3 - um núcleo formado por dois prótons e um único nêutron. Ao eliminar um nêutron do alvo de hélio-3, eles foram capazes de reduzir significativamente a energia do kaon usando o recuo da ejeção e substituindo o nêutron por um kaon, formando um núcleo fortemente ligado com dois prótons e um único kaon.

"O que é importante sobre esta pesquisa, "diz Masahiko Iwasaki, o líder da equipe, "é que mostramos que os mésons podem existir na matéria nuclear como uma partícula real - como o açúcar que não se dissolve na água. Isso abre uma maneira totalmente nova de olhar e compreender os núcleos. A compreensão desses núcleos exóticos nos dará uma visão a origem da massa de núcleos, bem como a forma como a matéria se forma no núcleo das estrelas de nêutrons. Pretendemos continuar os experimentos com núcleos mais pesados ​​para aprofundar nossa compreensão do comportamento de ligação dos kaons. "