Фи-мезон — частица, которая живёт всего мгновение, но может на короткое время прилипнуть к протонам и нейтронам в атомном ядре. Физики изучили, что будет, если такой мезон окажется внутри лёгких ядер гелия и водорода.

Используя силы, рассчитанные из первых принципов (то есть без подгоночных параметров), авторы решили уравнения для систем из фи-мезона и трёх-четырёх нуклонов. Оказалось, что притяжение между фи-мезоном и нуклонами на коротких расстояниях достаточно сильное, чтобы удержать их вместе.

В результате образуются связанные состояния: фи-мезонное ядро гелия-4, гелия-5 и водорода-4. Если взаимодействие зависит от спина, связь получается глубокой; если нет — умеренной. Учёт электрического заряда слегка сдвигает энергии связи.

Такие экзотические ядра могут возникать в столкновениях частиц высокой энергии. Их изучение помогает понять, как ведут себя странные кварки внутри ядерной материи.