Перше виявлення кисню 28 і стандартна оболонкова модель ядерної структури   

Кисень-28 (²⁸O), найважчий рідкісний ізотоп кисню був вперше виявлений японськими дослідниками. Несподівано виявилося, що він недовговічний і нестабільний, незважаючи на відповідність критеріям «магічного» числа ядерний стабільність.  

Кисень має багато ізотопів; усі вони мають 8 протонів (Z) у своїх ядрах, але відрізняються за кількістю нейтронів (N). Стабільними ізотопами є ¹⁶O, ¹⁷О і ¹⁸O, які мають у своїх ядрах відповідно 8, 9 і 10 нейтронів. З трьох стабільних ізотопів, ¹⁶O є найбільш поширеним і становить близько 99.74% усього кисню, знайденого в природі. 

Нещодавно виявлено ²⁸Ізотоп О містить 8 протонів (Z=8) і 20 нейтронів (N=20). Очікувалося, що він буде стабільним, оскільки він відповідає вимозі щодо «магічного» числа як щодо протонів, так і нейтронів (подвійного магічного), але виявилося, що він недовговічний і швидко розпадається.  

Що робить ядро ​​атома стабільним? Яким чином позитивно заряджені протони та нейтрони утримуються разом у ядрі атома?  

Під стандартну оболонку-модель ядерний структурі, вважається, що протони та нейтрони займають оболонки. Існує обмеження на оптимальну кількість нуклонів (протонів або нуклонів), які можуть бути розміщені в даній «оболонці». Ядра компактні та більш стабільні, коли «оболонки» повністю заповнені «певною кількістю» протонів або нейтронів. Ці «конкретні числа» називаються «магічними» числами.  

Зараз 2, 8, 20, 28, 50, 82 і 126 зазвичай вважаються «магічними» числами. 

Коли кількість протонів (Z) і кількість нейтронів (N) у ядрі дорівнює «магічним» числам, це вважається випадком «подвійної» магії, яка пов’язана зі стабільною ядерний структура. Наприклад, ¹⁶O, найстабільніший і найпоширеніший ізотоп кисню, має Z=8 і N=8, які є «магічними» числами та випадком подвійної магії. Подібним чином нещодавно виявлений ізотоп ²⁸O має Z=8 і N=20, які є магічними числами. Отже, очікувалося, що кисень-28 буде стабільним, але в експерименті було виявлено, що він нестабільний і недовговічний (хоча цей експериментальний висновок ще належить підтвердити в повторних експериментах в інших умовах).  

Раніше вважалося, що 32 є новим магічним числом нейтронів, але не виявилося, що це магічне число в ізотопах калію. 

Стандартна оболонка-модель ядерний структура, сучасна теорія, що пояснює, як структуровані атомні ядра, здається недостатньою принаймні у випадку ²⁸О ізотоп.  

Нуклони (протони і нейтрони) утримуються разом в ядрі сильною ядерною силою. Розуміння ядерної стабільності та того, як створюються елементи, залежить від кращого розуміння цієї фундаментальної сили.  

***

Список використаної літератури:  

1. Токійський технологічний інститут. Новини досліджень – Дослідження легких нейтронно-збагачених ядер: перше спостереження кисню-28. Опубліковано: 31 серпня 2023 р. Доступно за адресою https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Кондо Ю., Ачурі Н.Л., Фалу Г.А та інші Перше спостереження за ²⁸O. природа 620, 965–970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Міністерство енергетики США 2021. Новини – магія зникла для нейтрона № 32. Доступно за адресою https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Косорус, А., Ян, XF, Цзян, В.Г та інші Зарядові радіуси екзотичних ізотопів калію кидають виклик ядерній теорії та магічному характеру N = 32. Нац. фіз. 17, 439–443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***