Pirmasis deguonies aptikimas 28 ir standartinis branduolinės struktūros apvalkalo modelis   

Deguonis-28 (²⁸O), Japonijos mokslininkai pirmą kartą aptiko sunkiausią retą deguonies izotopą. Netikėtai buvo nustatyta, kad jis yra trumpalaikis ir nestabilus, nepaisant „stebuklingo“ skaičiaus kriterijų. branduolinis stabilumas.  

Deguonis turi daug izotopų; visų jų branduoliuose yra 8 protonai (Z), tačiau skiriasi neutronų skaičius (N). Stabilūs izotopai yra ¹⁶O, ¹⁷O ir ¹⁸O kurių branduoliuose yra atitinkamai 8, 9 ir 10 neutronų. Iš trijų stabilių izotopų, ¹⁶O yra gausiausias ir sudaro apie 99.74% viso gamtoje randamo deguonies. 

Neseniai aptikta ²⁸O izotopas turi 8 protonus (Z=8) ir 20 neutronų (N=20). Buvo tikimasi, kad jis bus stabilus, nes atitinka „stebuklingo“ skaičiaus reikalavimą tiek protonų, tiek neutronų atžvilgiu (dvigubai magija), tačiau buvo nustatyta, kad jis trumpalaikis ir greitai suyra.  

Kas daro atomo branduolį stabilų? Kaip teigiamai įkrauti protonai ir neutronai laikomi kartu atomo branduolyje?  

Pagal standartinį apvalkalo modelį branduolinis struktūra, manoma, kad protonai ir neutronai užima apvalkalus. Yra ribojamas optimalus nukleonų (protonų arba nukleonų), kuriuos galima talpinti tam tikrame „apvalkale“, skaičius. Branduoliai yra kompaktiški ir stabilesni, kai „apvalkalai“ yra visiškai užpildyti „konkrečiu skaičiumi“ protonų arba neutronų. Šie „konkretūs skaičiai“ vadinami „stebuklingais“ skaičiais.  

Šiuo metu 2, 8, 20, 28, 50, 82 ir 126 paprastai laikomi „stebuklingais“ skaičiais. 

Kai ir protonų skaičius (Z), ir neutronų skaičius (N) branduolyje yra lygūs „stebuklingiems“ skaičiams, tai laikoma „dviguba“ magija, kuri yra susijusi su stabilumu. branduolinis struktūra. Pavyzdžiui, ¹⁶O, stabiliausias ir gausiausias deguonies izotopas turi Z=8 ir N=8, kurie yra „stebuklingi“ skaičiai ir dvigubos magijos atvejis. Panašiai ir neseniai aptiktas izotopas ²⁸O turi Z = 8 ir N = 20, kurie yra stebuklingi skaičiai. Taigi buvo tikimasi, kad deguonis-28 bus stabilus, tačiau eksperimento metu buvo nustatyta, kad jis nestabilus ir trumpalaikis (nors šis eksperimentinis atradimas dar turi būti patvirtintas atliekant pakartotinius eksperimentus kitose sąlygose).  

Anksčiau 32 buvo pasiūlytas kaip naujas stebuklingas neutronų skaičius, tačiau kalio izotopuose nebuvo nustatytas stebuklingas skaičius. 

Standartinis korpuso modelis branduolinis dabartinė teorija, aiškinanti, kaip susidaro atomų branduoliai, atrodo nepakankama bent jau tuo atveju ²⁸O izotopas.  

Nukleonus (protonus ir neutronus) branduolyje laiko kartu stipri branduolinė jėga. Branduolinio stabilumo ir elementų kūrimo supratimas priklauso nuo geresnio šios pagrindinės jėgos supratimo.  

***

Nuorodos:  

1. Tokijo technologijos institutas. Mokslinių tyrimų naujienos – Šviesių neutronų turtingų branduolių tyrinėjimas: pirmasis deguonies-28 stebėjimas. Paskelbta: 31 m. rugpjūčio 2023 d. Prieiga https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

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

3. JAV Energetikos departamentas, 2021 m. Naujienos – 32 neutronų magija išnyko. Galima rasti adresu https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG et al. Egzotiškų kalio izotopų krūvio spinduliai meta iššūkį branduolinei teorijai ir jos magiškam pobūdžiui N = 32. Nat. Fizik. 17, 439–443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***