Прво детекција на кислород 28 и стандарден модел на школка на нуклеарна структура   

Кислород-28 (²⁸О), најтешкиот редок изотоп на кислород е откриен за прв пат од јапонски истражувачи. Неочекувано беше откриено дека е краткотрајно и нестабилно и покрај тоа што ги исполнува критериумите за „магичен“ број на нуклеарна стабилност.  

Кислород има многу изотопи; сите имаат 8 протони (Z) во нивните јадра, но се разликуваат во однос на бројот на неутрони (N). Стабилните изотопи се ¹⁶O, ¹⁷О и ¹⁸O кои имаат соодветно 8, 9 и 10 неутрони во нивните јадра. Од трите стабилни изотопи, ¹⁶О е најзастапен и сочинува околу 99.74% од целиот кислород што се наоѓа во природата. 

Неодамна откриени ²⁸O изотоп има 8 протони (Z=8) и 20 неутрони (N=20). Се очекуваше да биде стабилен бидејќи го исполнува условот за „магичен“ број во однос на протоните и неутроните (двојно магија), но беше откриено дека е краткотрајно и брзо се распаѓа.  

Што го прави јадрото на атомот стабилно? Како позитивно наелектризираните протони и неутрони се држат заедно во јадрото на атомот?  

Под стандарден школка-модел на нуклеарна структурата, протоните и неутроните се смета дека зафаќаат школки. Постои ограничување на оптималниот број на нуклеони (протони или нуклеони) кои можат да се сместат во дадена „школка“. Јадрата се компактни и постабилни кога „школките“ се целосно исполнети со „специфичен број“ на протони или неутрони. Овие „специфични броеви“ се нарекуваат „магични“ броеви.  

Во моментов, 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126 генерално се сметаат за „магични“ броеви. 

Кога и бројот на протони (Z) и бројот на неутрони (N) во јадрото се еднакви на „магични“ броеви, се смета дека е случај на „двојна“ магија која е поврзана со стабилна нуклеарна структура. На пример, ¹⁶О, најстабилен и најзастапен изотоп на кислород има Z=8 и N=8 кои се „магични“ броеви и случај на двојна магија. Слично на тоа, неодамна откриениот изотоп ²⁸O има Z=8 и N=20 кои се магични броеви. Оттука, се очекуваше кислород-28 да биде стабилен, но беше откриено дека е нестабилен и краткотраен во експериментот (иако овој експериментален наод допрва треба да биде потврден во повторените експерименти во другите поставки).  

Претходно, 32 беше предложено да биде нов магичен неутронски број, но не беше откриено дека е магичен број во изотопи на калиум. 

Стандардна школка-модел на нуклеарна структура, сегашната теорија која објаснува како се структурирани атомските јадра се чини дека е недоволна барем во случај на ²⁸O изотоп.  

Нуклеоните (протоните и неутроните) се држат заедно во јадрото со силна нуклеарна сила. Разбирањето на нуклеарната стабилност и како се фалсификуваат елементите лежи во подобро разбирање на оваа основна сила.  

***

Референци:  

1. Институт за технологија во Токио. Истражувачки вести - Истражување на лесни јадра богати со неутрони: Прво набљудување на кислород-28. Објавено: 31 август 2023. Достапно на https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Кондо, Ј., Ачури, НЛ, Фалу, ХА и сор. Првото набљудување на ²⁸O. природата 620, 965-970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Министерството за енергетика на САД 2021 година. Вести – Магијата исчезна за неутронскиот број 32. Достапно на https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Јанг, XF, Jiang, WG и сор. Полнените радиуси на егзотичните изотопи на калиум ја предизвикуваат нуклеарната теорија и магичниот карактер на N = 32. Нат. Phys. 17, 439-443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***