Prima detectare a oxigenului 28 și modelul standard al structurii nucleare   

Oxigen-28 (²⁸O), cel mai greu izotop rar al oxigenului a fost detectat pentru prima dată de cercetătorii japonezi. În mod neașteptat, sa constatat că este de scurtă durată și instabilă, în ciuda îndeplinirii criteriilor de număr „magic” ale nuclear stabilitate.  

Oxigen are mulți izotopi; toate au 8 protoni (Z) în nuclee, dar diferă în ceea ce privește numărul de neutroni (N). Izotopii stabili sunt ¹⁶O, ¹⁷O și ¹⁸O care au 8, 9 și, respectiv, 10 neutroni în nuclee. Dintre cei trei izotopi stabili, ¹⁶O este cel mai abundent, constituind aproximativ 99.74% din tot oxigenul găsit în natură. 

Detectat recent ²⁸Izotopul O are 8 protoni (Z=8) și 20 neutroni (N=20). Era de așteptat să fie stabil, deoarece îndeplinește cerințele numărului „magic” atât pentru protoni, cât și pentru neutroni (dublu magic), dar s-a dovedit a fi de scurtă durată și s-a degradat rapid.  

Ce face nucleul unui atom stabil? Cât de ținți împreună protonii și neutronii încărcați pozitiv în nucleul unui atom?  

Sub modelul standard al carcasei nuclear structura, se crede că protonii și neutronii ocupă învelișuri. Există o limită a numărului optim de nucleoni (protoni sau nucleoni) care pot fi găzduiți într-un „cochiliu” dat. Nucleele sunt compacte și mai stabile atunci când „cochiliile” sunt complet umplute cu un „număr specific” de protoni sau neutroni. Aceste „numere specifice” sunt numite numere „magice”.  

În prezent, 2, 8, 20, 28, 50, 82 și 126 sunt în general considerate numere „magice”. 

Atunci când atât numărul de protoni (Z) cât și numărul de neutroni (N) dintr-un nucleu sunt egale cu numere „magice”, este considerat a fi un caz de magie „dublu” care este asociat cu stabilitatea. nuclear structura. De exemplu, ¹⁶O, cel mai stabil și cel mai abundent izotop de oxigen are Z=8 și N=8 care sunt numere „magice” și un caz de dublu magie. În mod similar, izotopul recent detectat ²⁸O are Z=8 și N=20 care sunt numere magice. Prin urmare, se aștepta ca Oxygen-28 să fie stabil, dar s-a constatat că este instabil și de scurtă durată într-un experiment (deși această constatare experimentală nu a fost încă validată în experimente repetate în alte setări).  

Mai devreme, s-a sugerat că 32 este un nou număr de neutroni magici, dar nu s-a descoperit că este un număr magic în izotopii de potasiu. 

Model de carcasă standard de nuclear structura, teoria actuală care explică modul în care sunt structurate nucleele atomice pare a fi insuficientă cel puțin în cazul ²⁸O izotop.  

Nucleonii (protoni și neutroni) sunt ținuți împreună în nucleu prin forță nucleară puternică. Înțelegerea stabilității nucleare și a modului în care sunt forjate elementele constă în dezvoltarea unei mai bune înțelegeri a acestei forțe fundamentale.  

***

Referinte:  

1. Institutul de Tehnologie din Tokyo. Știri de cercetare – Exploring Light Neutron-Rich Nuclei: Prima observație a oxigenului-28. Publicat: 31 august 2023. Disponibil la adresa https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Kondo, Y., Achouri, NL, Falou, HA et al. Prima observație a ²⁸O. Natură 620, 965-970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Departamentul de Energie al SUA 2021. Știri – Magic Is Gone for Neutron Number 32. Disponibil la https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG et al. Razele de încărcare ale izotopilor exotici de potasiu provoacă teoria nucleară și caracterul magic al N = 32. Nat. Fizic. 17, 439-443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***