Ensimmäinen hapen havaitseminen 28 ja ydinrakenteen standardikuorimalli   

Happi-28 (²⁸O), japanilaiset tutkijat ovat havainneet ensimmäistä kertaa hapen raskaimman harvinaisen isotoopin. Yllättäen sen todettiin olevan lyhytikäinen ja epävakaa, vaikka se täytti "maagisen" lukukriteerin. ydin- vakautta.  

Happi siinä on monia isotooppeja; kaikilla on 8 protonia (Z) ytimeissään, mutta eroavat toisistaan ​​neutronien lukumäärän (N) suhteen. Stabiilit isotoopit ovat ¹⁶O, ¹⁷O ja ¹⁸O, joiden ytimissä on 8, 9 ja 10 neutronia. Kolmesta stabiilista isotoopista ¹⁶O on runsain, ja se muodostaa noin 99.74 % kaikesta luonnosta löytyvästä hapesta. 

Äskettäin havaittu ²⁸O-isotoopissa on 8 protonia (Z=8) ja 20 neutronia (N=20). Sen odotettiin olevan stabiili, koska se täyttää "maagisen" luvun vaatimuksen sekä protonien että neutronien osalta (kaksinkertaisesti taikuutta), mutta sen todettiin olevan lyhytikäinen ja hajosi nopeasti.  

Mikä tekee atomin ytimestä stabiilin? Kuinka positiivisesti varautuneet protonit ja neutronit pysyvät yhdessä atomin ytimessä?  

Normaalissa kuorimallissa ydin- rakenteen, protonien ja neutronien uskotaan miehittävän kuoria. On olemassa raja optimaaliselle nukleonien (protonien tai nukleonien) määrälle, jotka voidaan sijoittaa tiettyyn "kuoreen". Ytimet ovat kompakteja ja vakaampia, kun "kuoret" ovat täysin täytetty "tietyllä määrällä" protoneja tai neutroneja. Näitä "tiettyjä numeroita" kutsutaan "maagisiksi" numeroiksi.  

Tällä hetkellä 2, 8, 20, 28, 50, 82 ja 126 pidetään yleensä "maagisina" numeroina. 

Kun sekä protonien (Z) että neutronien (N) määrä ytimessä on yhtä suuri kuin "maaginen" luku, sen katsotaan olevan "kaksinkertainen" magia, joka liittyy vakaaseen ydin- rakenne. Esimerkiksi, ¹⁶O, vakaimmalla ja runsaimmalla hapen isotoopilla on Z=8 ja N=8, jotka ovat "maagisia" lukuja ja kaksinkertaisen taikuuden tapaus. Samoin äskettäin havaittu isotooppi ²⁸O:lla on Z=8 ja N=20, jotka ovat maagisia lukuja. Tästä syystä Oxygen-28:n odotettiin olevan stabiili, mutta sen on havaittu olevan epävakaa ja lyhytikäinen kokeessa (vaikka tämä kokeellinen havainto ei ole vielä validoitu toistuvissa kokeissa muissa olosuhteissa).  

Aiemmin 32:ta ehdotettiin uudeksi maagiseksi neutroniluvuksi, mutta sitä ei havaittu maagiseksi numeroksi kaliumin isotoopeissa. 

Vakiokuorimalli ydin- nykyinen teoria, joka selittää atomiytimien rakennetta, näyttää riittämättömältä ainakin ²⁸Oi isotooppi.  

Nukleoneja (protoneja ja neutroneja) pitää yhdessä ytimessä vahva ydinvoima. Ydinvakauden ja elementtien muodostamisen ymmärtäminen perustuu tämän perusvoiman paremman ymmärtämisen kehittämiseen.  

***

Viitteet:  

1. Tokion teknologiainstituutti. Tutkimusuutisia – Kevyitä neutroneja sisältävien ytimien tutkiminen: Happi-28:n ensimmäinen havainto. Julkaistu: 31. elokuuta 2023. Saatavilla osoitteessa https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Kondo, Y., Achouri, NL, Falou, HA et ai. Ensimmäinen havainto ²⁸O. luonto 620, 965 - 970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Yhdysvaltain energiaministeriö 2021. Uutisia – The Magic Is Gone for Neutron Number 32. Saatavilla osoitteessa https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG et ai. Eksoottisten kalium-isotooppien lataussäteet haastavat ydinteorian ja sen maagisen luonteen N = 32. Nat. Phys. 17, 439 - 443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***