Prva detekcija kisika 28 & standardni model ljuske nuklearne strukture   

Kisik-28 (²⁸O), najteži rijetki izotop kisika prvi su put otkrili japanski istraživači. Neočekivano je otkriveno da je kratkotrajan i nestabilan unatoč ispunjavanju kriterija "čarobnog" broja nuklearna stabilnost.  

Kisik ima mnogo izotopa; svi imaju 8 protona (Z) u svojim jezgrama, ali se razlikuju s obzirom na broj neutrona (N). Stabilni izotopi su ¹⁶O, ¹⁷O i ¹⁸O koji imaju 8, 9 i 10 neutrona u svojoj jezgri. Od tri stabilna izotopa, ¹⁶O je najzastupljeniji i čini oko 99.74% ukupnog kisika pronađenog u prirodi. 

Nedavno otkriveno ²⁸Izotop O ima 8 protona (Z=8) i 20 neutrona (N=20). Očekivalo se da će biti stabilan jer ispunjava zahtjev "čarobnog" broja s obzirom na protone i neutrone (dvostruko magičan), ali je utvrđeno da je kratkog vijeka i brzo se raspao.  

Što čini jezgru atoma stabilnom? Kako se pozitivno nabijeni protoni i neutroni drže zajedno u jezgri atoma?  

Pod standardnim modelom školjke nuklearna strukture, smatra se da protoni i neutroni zauzimaju ljuske. Postoji ograničenje optimalnog broja nukleona (protona ili nukleona) koji se mogu smjestiti u određenu "ljusku". Jezgre su kompaktnije i stabilnije kada su "ljuske" potpuno ispunjene "određenim brojem" protona ili neutrona. Ovi "specifični brojevi" nazivaju se "magični" brojevi.  

Trenutno se 2, 8, 20, 28, 50, 82 i 126 općenito smatraju "magičnim" brojevima. 

Kada su i broj protona (Z) i broj neutrona (N) u jezgri jednaki "magičnim" brojevima, to se smatra slučajem "dvostruke" magije koja je povezana sa stabilnim nuklearna struktura. Na primjer, ¹⁶O, najstabilniji i najobilniji izotop kisika ima Z=8 i N=8 koji su "magični" brojevi i slučaj dvostruke magije. Slično, nedavno otkriveni izotop ²⁸O ima Z=8 i N=20 koji su magični brojevi. Stoga se očekivalo da će kisik-28 biti stabilan, ali je u eksperimentu utvrđeno da je nestabilan i kratkotrajan (iako ovo eksperimentalno otkriće tek treba potvrditi u ponovljenim eksperimentima u drugim postavkama).  

Ranije se smatralo da je 32 novi magični broj neutrona, ali nije utvrđeno da je to magični broj u izotopima kalija. 

Standardni model školjke nuklearna strukture, trenutna teorija koja objašnjava kako su atomske jezgre strukturirane čini se nedovoljnom barem u slučaju ²⁸O izotop.  

Nukleone (protone i neutrone) drži zajedno u jezgri jaka nuklearna sila. Razumijevanje nuklearne stabilnosti i načina na koji se elementi kuje leži u razvoju boljeg razumijevanja ove temeljne sile.  

***

Reference:  

1. Tokyo Institute of Technology. Vijesti o istraživanju – Istraživanje lakih jezgri bogatih neutronima: Prvo opažanje kisika-28. Objavljeno: 31. kolovoza 2023. Dostupno na https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

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

3. Ministarstvo energetike SAD-a 2021. Vijesti – Čarolija je nestala za neutron broj 32. Dostupno na https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG sur. Radijusi naboja egzotičnih izotopa kalija izazivaju nuklearnu teoriju i magični karakter N = 32. Nat. Phys. 17, 439–443 (2021.). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***