اولین تشخیص اکسیژن 28 و پوسته استاندارد ساختار هسته ای   

اکسیژن-28 (²⁸O)، سنگین ترین ایزوتوپ کمیاب اکسیژن برای اولین بار توسط محققان ژاپنی شناسایی شد. به طور غیرمنتظره ای مشخص شد که علیرغم رعایت معیارهای عدد جادویی، کوتاه مدت و ناپایدار است. هستهای ثبات.  

اکسیژن ایزوتوپ های زیادی دارد. همه 8 پروتون (Z) در هسته خود دارند اما از نظر تعداد نوترون ها (N) متفاوت هستند. ایزوتوپ های پایدار هستند ¹⁶O, ¹⁷ا و ¹⁸O که به ترتیب دارای 8، 9 و 10 نوترون در هسته خود هستند. از بین سه ایزوتوپ پایدار، ¹⁶O فراوان ترین است و حدود 99.74 درصد از کل اکسیژن موجود در طبیعت را تشکیل می دهد. 

اخیرا شناسایی شده است ²⁸ایزوتوپ O دارای 8 پروتون (Z=8) و 20 نوترون (N=20) است. انتظار می رفت که این عدد پایدار باشد زیرا الزامات عدد "جادویی" را در مورد پروتون ها و نوترون ها برآورده می کند (جادوی مضاعف) اما مشخص شد که عمر کوتاهی دارد و به سرعت تجزیه می شود.  

چه چیزی باعث پایداری هسته اتم می شود؟ پروتون ها و نوترون های دارای بار مثبت چگونه در هسته اتم کنار هم قرار می گیرند؟  

تحت استاندارد پوسته مدل از هستهای تصور می شود که ساختار، پروتون ها و نوترون ها پوسته ها را اشغال می کنند. محدودیتی برای تعداد بهینه نوکلئون‌ها (پروتون‌ها یا نوکلئون‌ها) وجود دارد که می‌توانند در یک «پوسته» قرار بگیرند. هسته‌ها زمانی فشرده و پایدارتر می‌شوند که «پوسته‌ها» به‌طور کامل با «تعداد خاصی» از پروتون‌ها یا نوترون‌ها پر شوند. به این "اعداد خاص" اعداد "جادویی" می گویند.  

در حال حاضر، 2، 8، 20، 28، 50، 82 و 126 به طور کلی اعداد "جادویی" در نظر گرفته می شوند. 

هنگامی که تعداد پروتون‌ها (Z) و تعداد نوترون‌ها (N) در یک هسته با اعداد جادویی برابر باشند، آن را یک مورد از جادوی «دوگانه» می‌دانیم که با پایداری مرتبط است. هستهای ساختار مثلا، ¹⁶O، پایدارترین و فراوان ترین ایزوتوپ اکسیژن دارای Z=8 و N=8 است که اعداد جادویی و موردی از جادوی مضاعف هستند. به طور مشابه، ایزوتوپ اخیراً شناسایی شده است ²⁸O دارای Z=8 و N=20 است که اعداد جادویی هستند. از این رو، انتظار می رفت که اکسیژن-28 پایدار باشد، اما مشخص شد که در یک آزمایش ناپایدار و کوتاه مدت است (اگرچه این یافته تجربی هنوز در آزمایش های مکرر در تنظیمات دیگر تأیید نشده است).  

پیش از این، 32 به عنوان عدد نوترون جادویی جدید پیشنهاد شده بود، اما در ایزوتوپ های پتاسیم به عنوان عدد جادویی یافت نشد. 

استاندارد پوسته مدل از هستهای ساختار، نظریه فعلی که توضیح می دهد چگونه هسته های اتم ساختار یافته اند، حداقل در مورد ناکافی به نظر می رسد. ²⁸ایزوتوپ ای  

نوکلئون ها (پروتون ها و نوترون ها) در هسته با نیروی هسته ای قوی کنار هم نگه داشته می شوند. درک پایداری هسته ای و چگونگی شکل گیری عناصر در درک بهتر این نیروی اساسی نهفته است.  

***

منابع:  

1. موسسه فناوری توکیو اخبار تحقیقاتی - کاوش هسته های غنی از نوترون های سبک: اولین مشاهده اکسیژن-28. تاریخ انتشار: 31 آگوست 2023. موجود در https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Kondo، Y.، Achouri، NL، فالو، HA و همکاران اولین مشاهده از ²⁸O. طبیعت 620 ، 965-970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. وزارت انرژی ایالات متحده 2021. اخبار – جادو برای نوترون شماره 32 از بین رفته است. موجود در https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús، Á.، Yang، XF، Jiang، WG و همکاران شعاع بار ایزوتوپ های پتاسیم عجیب و غریب، نظریه هسته ای و ویژگی جادویی آن را به چالش می کشد N = 32. نات. فیزیک 17 ، 439-443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***