Az Oxigén 28 első kimutatása és a nukleáris szerkezet szabványos héjmodellje   

Oxigén-28 (²⁸O), az oxigén legnehezebb ritka izotópját mutatták ki először japán kutatók. Váratlanul rövid életűnek és instabilnak találták, annak ellenére, hogy megfelel a „varázslatos” számkritériumoknak. nukleáris stabilitást.  

Oxigén sok izotópja van; mindegyiknek 8 protonja (Z) van az atommagjában, de különböznek a neutronok számában (N). A stabil izotópok ¹⁶O, ¹⁷O és ¹⁸O amelyek atommagjában 8, 9 és 10 neutron van. A három stabil izotóp közül ¹⁶Az O a legnagyobb mennyiségben a természetben található oxigén körülbelül 99.74%-át teszi ki. 

Nemrég észlelték ²⁸Az O izotópnak 8 protonja (Z=8) és 20 neutronja (N=20) van. Stabilnak számított, mert megfelel a „mágikus” szám követelményének mind a protonok, mind a neutronok tekintetében (kettős varázslat), de rövid életűnek és gyorsan lebomlónak találták.  

Mitől lesz stabil az atommag? Hogyan tartják össze a pozitív töltésű protonokat és neutronokat az atommagban?  

Standard shell-modell alatt nukleáris szerkezete, a protonok és a neutronok úgy gondolják, hogy elfoglalják a héjakat. Az adott „héjon” elhelyezhető nukleonok (protonok vagy nukleonok) optimális számának van határa. Az atommagok kompaktak és stabilabbak, ha a „héjak” teljesen megtelnek „meghatározott számú” protonnal vagy neutronnal. Ezeket a „specifikus számokat” „varázslatos” számoknak nevezzük.  

Jelenleg a 2, 8, 20, 28, 50, 82 és 126 általában „varázslatos” számok. 

Ha egy atommagban a protonok száma (Z) és a neutronok száma (N) egyaránt "mágikus" számmal egyenlő, akkor ez a "kettős" mágia esetének tekinthető, amely a stabilitáshoz kapcsolódik. nukleáris szerkezet. Például, ¹⁶Az O, az oxigén legstabilabb és leggyakrabban előforduló izotópja Z=8 és N=8 „varázslatos” számok és kétszeresen varázslatos eset. Hasonlóképpen a nemrégiben észlelt izotóp ²⁸O-nak Z=8 és N=20 van, amelyek varázsszámok. Ezért az Oxygen-28-tól azt várták, hogy stabil legyen, de egy kísérlet során instabilnak és rövid életűnek találták (bár ezt a kísérleti eredményt még meg kell erősíteni más körülmények között végzett ismételt kísérletekben).  

Korábban a 32-t javasolták új mágikus neutronszámnak, de nem találták mágikus számnak a kálium izotópjaiban. 

Szabványos shell-modell nukleáris szerkezete, az atommagok szerkezetét magyarázó jelenlegi elmélet elégtelennek tűnik legalábbis ²⁸Ó izotóp.  

A nukleonokat (protonokat és neutronokat) erős magerő tartja össze az atommagban. A nukleáris stabilitás és az elemek kovácsolásának megértése ezen alapvető erő jobb megértésében rejlik.  

***

Referenciák:  

1. Tokiói Technológiai Intézet. Kutatási hírek – Könnyű neutronokban gazdag atommagok feltárása: Az oxigén-28 első megfigyelése. Közzétéve: 31. augusztus 2023. Elérhető: https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Kondo, Y., Achouri, NL, Falou, HA és mtsai. Első megfigyelése ²⁸O. Természet 620, 965-970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Amerikai Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma, 2021. Hírek – A 32-es számú neutron varázsa eltűnt. Elérhető itt: https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG és mtsai. Az egzotikus kálium-izotópok töltéssugarai kihívást jelentenek a nukleáris elméletnek és annak mágikus jellegének N = 32. Nat. Phys. 17, 439-443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***