Прва детекција кисеоника 28 и стандардни љуски модел нуклеарне структуре   

Кисеоник-28 (²⁸О), најтежи редак изотоп кисеоника су први пут открили јапански истраживачи. Неочекивано се показало да је краткотрајан и нестабилан упркос испуњавању критеријума „магичних“ бројева нуклеарна стабилност.  

Кисеоник има много изотопа; сви имају 8 протона (З) у својим језгрима, али се разликују по броју неутрона (Н). Стабилни изотопи су ¹⁶O, ¹⁷О и ¹⁸О који имају 8, 9 и 10 неутрона у својим језгрима. Од три стабилна изотопа, ¹⁶О је најзаступљенији и чини око 99.74% укупног кисеоника који се налази у природи. 

Недавно откривено ²⁸О изотоп има 8 протона (З=8) и 20 неутрона (Н=20). Очекивало се да ће бити стабилан јер испуњава захтев за „магичним“ бројем у погледу и протона и неутрона (двоструко магични), али је утврђено да је краткотрајан и брзо се распада.  

Шта чини језгро атома стабилним? Колико се позитивно наелектрисани протони и неутрони држе заједно у језгру атома?  

Под стандардним моделом шкољке нуклеарна структуре, сматра се да протони и неутрони заузимају шкољке. Постоји ограничење оптималног броја нуклеона (протона или нуклеона) који се могу прилагодити датој „љусци“. Језгра су компактна и стабилнија када су „љуске“ у потпуности испуњене „специфичним бројевима“ протона или неутрона. Ови „специфични бројеви“ се називају „магични“ бројеви.  

Тренутно се 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126 генерално сматрају „магичним“ бројевима. 

Када су и број протона (З) и број неутрона (Н) у језгру једнаки „магијским“ бројевима, сматра се да је то случај „двоструке“ магије која је повезана са стабилним нуклеарна структура. На пример, ¹⁶О, најстабилнији и најзаступљенији изотоп кисеоника има З=8 и Н=8 који су „магични“ бројеви и случај двоструке магије. Слично, недавно откривени изотоп ²⁸О има З=8 и Н=20 који су магични бројеви. Стога се очекивало да је кисеоник-28 стабилан, али је у експерименту откривено да је нестабилан и краткотрајан (иако овај експериментални налаз тек треба да буде потврђен у поновљеним експериментима у другим окружењима).  

Раније је сугерисано да је 32 нови магични неутронски број, али није утврђено да је магични број у изотопима калијума. 

Стандардни модел шкољке нуклеарна структуре, тренутна теорија која објашњава како су атомска језгра структурирана изгледа као да је недовољна барем у случају ²⁸О изотоп.  

Нуклеони (протони и неутрони) се држе заједно у језгру снажном нуклеарном силом. Разумевање нуклеарне стабилности и начина на који се елементи ковају лежи у развоју бољег разумевања ове фундаменталне силе.  

***

Референце:  

1. Токијски институт за технологију. Истраживачке вести – Истраживање лаких језгара богатих неутронима: Прво посматрање кисеоника-28. Објављено: 31. августа 2023. Доступно на https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Кондо, И., Ацхоури, НЛ, Фалоу, ХА ет ал. Прво посматрање ²⁸O. Природа 620, 965–970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Министарство енергетике САД 2021. Вести – Магија је нестала за неутрон број 32. Доступно на https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Косзорус, А., Ианг, КСФ, Јианг, ВГ ет ал. Радијуси наелектрисања егзотичних изотопа калијума оспоравају нуклеарну теорију и магични карактер N = 32. Нат. Пхис. 17, 439–443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***