Prva detekcija kisika 28 & standardni lupinasti model jedrske strukture   

kisik-28 (²⁸O), najtežji redki izotop kisika so prvič odkrili japonski raziskovalci. Nepričakovano je bilo ugotovljeno, da je kratkotrajen in nestabilen kljub izpolnjevanju meril "čarobnega" števila 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?  

Pod standardnim modelom lupine jedrske strukturo, se domneva, da protoni in nevtroni zasedajo lupine. Obstaja omejitev optimalnega števila nukleonov (protonov ali nukleonov), ki jih lahko sprejme dana "lupina". Jedra so kompaktna in bolj stabilna, ko so "lupine" popolnoma napolnjene z "določenim številom" protonov ali nevtronov. Te "specifične številke" se imenujejo "magične" številke.  

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

Ko je tako število protonov (Z) kot število nevtronov (N) v jedru enako "magičnim" številom, velja, da gre za "dvojno" magijo, ki je povezana s stabilnim jedrske struktura. na primer 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. 

Standardni model lupine jedrske struktura, se trenutna teorija, ki pojasnjuje, kako so strukturirana atomska jedra, zdi nezadostna vsaj v primeru 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 

***