Kyslík-28 (28O), nejtěžší vzácný izotop kyslíku byl poprvé detekován japonskými výzkumníky. Neočekávaně bylo zjištěno, že má krátkou životnost a je nestabilní, přestože splňuje kritéria „magického“ počtu nukleární stabilita.
Kyslík má mnoho izotopů; všechny mají ve svých jádrech 8 protonů (Z), ale liší se počtem neutronů (N). Stabilní izotopy jsou 16O, 17O a 18O které mají ve svých jádrech 8, 9 a 10 neutronů. Ze tří stabilních izotopů 16O je nejhojnější a tvoří asi 99.74 % veškerého kyslíku nalezeného v přírodě.
Nedávno zjištěno 28Izotop O má 8 protonů (Z=8) a 20 neutronů (N=20). Očekávalo se, že bude stabilní, protože splňuje požadavek na „magické“ číslo s ohledem na protony i neutrony (dvojí magie), ale bylo zjištěno, že má krátkou životnost a rychle se rozkládá.
Co dělá jádro atomu stabilní? Jak kladně nabité protony a neutrony drží pohromadě v jádře atomu?
Podle standardního skořepinového modelu nukleární předpokládá se, že protony a neutrony okupují skořápky. Existuje limit na optimální počet nukleonů (protonů nebo nukleonů), které mohou být umístěny v dané „slupce“. Jádra jsou kompaktní a stabilnější, když jsou „skořápky“ plně naplněny „specifickým počtem“ protonů nebo neutronů. Tato „specifická čísla“ se nazývají „magická“ čísla.
V současné době jsou 2, 8, 20, 28, 50, 82 a 126 obecně považovány za „magická“ čísla.
Když se počet protonů (Z) i počet neutronů (N) v jádře rovná „magickým“ číslům, je to považováno za případ „dvojité“ magie, která je spojena se stabilním nukleární struktura. Například, 16O, nejstabilnější a nejhojnější izotop kyslíku má Z=8 a N=8, což jsou „magická“ čísla a případ dvojnásobné magie. Podobně nedávno zjištěný izotop 28O má Z=8 a N=20, což jsou magická čísla. Očekávalo se tedy, že kyslík-28 bude stabilní, ale bylo zjištěno, že je nestabilní a má krátkou životnost v experimentu (ačkoli toto experimentální zjištění musí být ještě ověřeno opakovanými experimenty v jiných nastaveních).
Dříve bylo 32 navrženo jako nové magické neutronové číslo, ale nebylo zjištěno, že je magickým číslem v izotopech draslíku.
Standardní skořepinový model nukleární současná teorie vysvětlující, jak jsou atomová jádra strukturována, se jeví jako nedostatečná alespoň v případě 28O izotop.
Nukleony (protony a neutrony) jsou v jádře drženy pohromadě silnou jadernou silou. Pochopení jaderné stability a toho, jak jsou prvky kovány, spočívá v rozvoji lepšího porozumění této základní síle.
***
Reference:
- Tokijský technologický institut. Novinky z výzkumu – Zkoumání jader bohatých na světelné neutrony: První pozorování kyslíku-28. Zveřejněno: 31. srpna 2023. Dostupné na https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383
- Kondo, Y., Achouri, NL, Falou, HA et al. První pozorování 28O. Příroda 620, 965 - 970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6
- Ministerstvo energetiky USA 2021. Novinky – Kouzlo je pryč pro neutron číslo 32. Dostupné na https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32
- Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG et al. Poloměry náboje exotických izotopů draslíku zpochybňují jadernou teorii a magický charakter N = 32. Nat. Phys. 17, 439 - 443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5
***
