神奇的夸克世界：已製造出包含一個Xi超子和14個核子的超核！

2020-10-18 博科園

日本理化學研究所的核物理學家計算預測，將一種被稱為Xi「超子」的奇異粒子，添加到一個有三個核子的氦核中，可能會產生一個暫時穩定的原子核。這一結果將有助於實驗者尋找原子核，並為核物理和中子星的結構提供洞察，其研究成果發表在《物理評論快報》期刊上。正常原子核由質子和中子組成，統稱為核子，每個質子和中子依次由三個夸克組成。

夸克有六種類型：向夸克、向夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克。但是質子和中子只由上下夸克組成，核物理學家長期以來一直對包含一個或多個超子的超核感興趣，在超核中，三個夸克中至少有一個是奇夸克。雖然只有少數幾個超核在核物理設施中被創造出來，但它們為了解原子核的奧秘提供了一個寶貴的新窗口。理研西田加速器科學中心（RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science）

和理研跨學科理論與數學科學項目（RIKEN跨學科理論與數學科學項目）的Takumi Doi說：標準核是由它們包含多少質子和中子來定義的，僅此而已，而且基本上是二維的，超子通過奇夸克的數量為我們提供了一個額外維度，這使研究人員能夠更深入地了解原子核，比如使原子核穩定的相互作用。大多數研究都集中在只包含一個奇夸克的超子上，但具有兩個奇夸克的超子，即所謂的Xi超子，也是可能的。

  • 圖示：對包含三個正常核子（有上夸克和下夸克）和一個Xi超子（右下角的金紅色球）的束縛核印象概念圖，其中包含兩個奇夸克，理研核物理學家的計算預測，這個奇異的原子核將是穩定的。

到目前為止，已經製造了一個包含一個Xi超子和14個核子的超核，研究人員還預測可能存在含有Xi超子的較輕超核。並在日本理化學研究所（RIKEN）的K超級計算機上對Xi超子和核子之間的相互作用進行了計算，以找出答案。研究結果預測，由三個正常核子和一個Xi超子組成的超核應該足夠穩定，可以在實驗中製造出來。根據他計算，這是含有Xi超子的最輕超核。結果令人驚訝，因為它們與使用近似值獲得的結果有很大不同。

研究預測，當Xi超子和核子處於特定狀態時，這種相互作用是有「吸引力」的，而一種近似的方法估計，相應的勢將是排斥的，所以這些結果大相逕庭。這些結果不僅將為實驗者提供一個可以瞄準的目標，還將為中子星的研究提供信息。中子星是大型恆星在自身引力作用下坍塌並經歷超新星爆炸的極其緻密殘骸，中子星內部可能提供了含有Xi超子的超核存在條件。

博科園｜研究/來自：日本理化學研究所

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.092501

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