Prva detekcija kisika 28 & standardni lupinasti model jedrske strukture   

kisik-28 (²⁸O), the heaviest rare isotope of oxygen has been detected for the first time by Japanese researchers. Unexpectedly it was found to be short-lived and unstable despite meeting the “magic” number criteria of jedrske stabilnost.  

Kisik ima veliko izotopov; vse imajo 8 protonov (Z) v jedru, vendar se razlikujejo glede na število nevtronov (N). Stabilni izotopi so ¹⁶O, ¹⁷O in ¹⁸O, ki imajo v svojem jedru 8, 9 oziroma 10 nevtronov. Od treh stabilnih izotopov, ¹⁶O je najbolj razširjen in predstavlja približno 99.74 % vsega kisika, ki ga najdemo v naravi. 

Nedavno odkrito ²⁸Izotop O ima 8 protonov (Z=8) in 20 nevtronov (N=20). Pričakovano je bilo, da je stabilen, ker izpolnjuje zahtevo po "čarobnem" številu tako glede protonov kot nevtronov (dvojno čarobno), vendar je bilo ugotovljeno, da je kratkotrajen in je hitro razpadel.  

Kaj naredi jedro atoma stabilno? Kako se pozitivno nabiti protoni in nevtroni držijo skupaj v atomskem jedru?  

Under standard shell-model of jedrske structure, protons and neutrons are thought to occupy shells. There is a limit on optimal number of nucleons (protons or nucleons) that can be accommodated a given “shell”. Nuclei are compact and more stable when “shells” are fully filled with a “specific numbers” of protons or neutrons. These “specific numbers” are called “magic” numbers.  

Trenutno se 2, 8, 20, 28, 50, 82 in 126 na splošno štejejo za "magične" številke. 

When both number of protons (Z) and number of neutrons (N) in a nucleus equal “magic” numbers, its considered to be a case of “doubly” magic which is associated with stable jedrske structure. For example, ¹⁶O, najstabilnejši in najpogostejši izotop kisika ima Z=8 in N=8, ki sta "magični" številki in primer dvojne čarovnije. Podobno je nedavno odkrit izotop ²⁸O ima Z=8 in N=20, ki sta magični števili. Zato se je pričakovalo, da bo kisik-28 stabilen, vendar je bilo v poskusu ugotovljeno, da je nestabilen in kratkotrajen (čeprav je treba to eksperimentalno ugotovitev še potrditi v ponovljenih poskusih v drugih nastavitvah).  

Prej je bilo predlagano, da je 32 novo magično nevtronsko število, vendar ni bilo ugotovljeno, da je magično število v izotopih kalija. 

Standard shell-model of jedrske structure, the current theory explaining how atomic nuclei are structured seem to insufficient at least in the case of ²⁸O izotop.  

Nukleone (protone in nevtrone) drži skupaj v jedru močna jedrska sila. Razumevanje jedrske stabilnosti in tega, kako se elementi kujejo, leži v razvoju boljšega razumevanja te temeljne sile.  

***

Reference:  

1. Tokijski inštitut za tehnologijo. Novice o raziskavah – Raziskovanje jeder, bogatih z lahkimi nevtroni: prvo opazovanje kisika-28. Objavljeno: 31. avgust 2023. Dostopno na https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Kondo, Y., Achouri, NL, Falou, HA et al. Prvo opazovanje ²⁸O. Narava 620, 965–970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Ameriško ministrstvo za energijo 2021. Novice – The Magic Is Gone for Neutron Number 32. Na voljo na https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG et al. Polmeri naboja eksotičnih kalijevih izotopov izzivajo jedrsko teorijo in čarobni značaj N = 32. Nat. Fiz. 17, 439–443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***