Pierwsza detekcja tlenu 28 i standardowy model powłoki struktury jądrowej   

Tlen-28 (²⁸O), najcięższy, rzadki izotop tlenu, został po raz pierwszy odkryty przez japońskich badaczy. Nieoczekiwanie okazało się, że jest krótkotrwały i niestabilny pomimo spełnienia kryteriów „magicznej” liczby jądrowy stabilność.  

Tlen ma wiele izotopów; wszystkie mają 8 protonów (Z) w swoich jądrach, ale różnią się liczbą neutronów (N). Trwałe izotopy to ¹⁶O, ¹⁷O i ¹⁸O, które mają odpowiednio 8, 9 i 10 neutronów w swoich jądrach. Z trzech stabilnych izotopów ¹⁶O występuje w największej ilości i stanowi około 99.74% całego tlenu występującego w przyrodzie. 

Niedawno wykryte ²⁸Izotop O ma 8 protonów (Z=8) i 20 neutronów (N=20). Oczekiwano, że będzie stabilny, ponieważ spełnia wymóg „magicznej” liczby zarówno w odniesieniu do protonów, jak i neutronów (podwójnie magiczna), ale okazał się krótkotrwały i szybko rozpadał się.  

Co sprawia, że ​​jądro atomu jest stabilne? Jak dodatnio naładowane protony i neutrony są utrzymywane razem w jądrze atomu?  

W ramach standardowego modelu powłoki jądrowy Uważa się, że protony i neutrony zajmują powłoki. Istnieje ograniczenie optymalnej liczby nukleonów (protonów lub nukleonów), które mogą zmieścić się w danej „powłoce”. Jądra są zwarte i bardziej stabilne, gdy „powłoki” są całkowicie wypełnione „określoną liczbą” protonów lub neutronów. Te „konkretne liczby” nazywane są liczbami „magicznymi”.  

Obecnie liczby 2, 8, 20, 28, 50, 82 i 126 są powszechnie uważane za liczby „magiczne”. 

Kiedy zarówno liczba protonów (Z), jak i liczba neutronów (N) w jądrze jest równa liczbie „magicznej”, uważa się to za przypadek „podwójnej” magii, która jest powiązana ze stabilną jądrowy Struktura. Na przykład, ¹⁶O, najbardziej stabilny i najobficiej występujący izotop tlenu ma Z=8 i N=8, które są liczbami „magicznym” i przypadkiem podwójnej magii. Podobnie niedawno wykryty izotop ²⁸O ma Z=8 i N=20, które są liczbami magicznymi. W związku z tym oczekiwano, że tlen-28 będzie stabilny, ale w eksperymencie stwierdzono, że jest niestabilny i krótkotrwały (chociaż to odkrycie eksperymentalne nie zostało jeszcze potwierdzone w powtarzanych eksperymentach w innych ustawieniach).  

Wcześniej sugerowano, że 32 jest nową magiczną liczbą neutronów, ale nie stwierdzono, że jest to magiczna liczba w izotopach potasu. 

Standardowy model powłoki jądrowy strukturę, obecna teoria wyjaśniająca budowę jąder atomowych wydaje się niewystarczająca, przynajmniej w przypadku ²⁸O, izotop.  

Nukleony (protony i neutrony) są utrzymywane razem w jądrze dzięki silnemu oddziaływaniu jądrowemu. Zrozumienie stabilności jądrowej i sposobu wykuwania pierwiastków polega na lepszym zrozumieniu tej podstawowej siły.  

***

Referencje:  

1. Tokijski Instytut Technologii. Wiadomości badawcze – Badanie jąder bogatych w lekkie neutrony: pierwsza obserwacja tlenu-28. Opublikowano: 31 sierpnia 2023 r. Dostępne pod adresem https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Kondo, Y., Achouri, NL, Falou, Ha i in. Pierwsza obserwacja ²⁸O. Natura 620–965 (970). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Departament Energii Stanów Zjednoczonych 2021. Wiadomości – Magia zniknęła dla neutronu nr 32. Dostępne pod adresem https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG i in. Promienie ładunku egzotycznych izotopów potasu stanowią wyzwanie dla teorii nuklearnej i magicznego charakteru N = 32. Nat. Fiz. 17–439 (443). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***