First Detection of Oxygen 28 & Standard shell-model πυρηνικής δομής   

Oxygen-28 (²⁸O), the heaviest rare isotope of oxygen has been detected for the first time by Japanese researchers. Unexpectedly it was found to be short-lived and unstable despite meeting the “magic” number criteria of πυρηνικών σταθερότητα.  

Οξυγόνο έχει πολλά ισότοπα. Όλα έχουν 8 πρωτόνια (Ζ) στους πυρήνες τους αλλά διαφέρουν ως προς τον αριθμό των νετρονίων (Ν). Τα σταθερά ισότοπα είναι ¹⁶O, ¹⁷O και ¹⁸O που έχουν 8, 9 και 10 νετρόνια στους πυρήνες τους αντίστοιχα. Από τα τρία σταθερά ισότοπα, ¹⁶Το Ο είναι πιο άφθονο και αποτελεί περίπου το 99.74% του συνόλου του οξυγόνου που βρίσκεται στη φύση. 

Εντοπίστηκε πρόσφατα ²⁸Το ισότοπο O έχει 8 πρωτόνια (Z=8) και 20 νετρόνια (N=20). Αναμενόταν να είναι σταθερό επειδή πληροί την απαίτηση του «μαγικού» αριθμού όσον αφορά τόσο τα πρωτόνια όσο και τα νετρόνια (διπλή μαγεία), αλλά διαπιστώθηκε ότι ήταν βραχύβια και αποσυντέθηκε γρήγορα.  

Τι κάνει τον πυρήνα ενός ατόμου σταθερό; Πώς τα θετικά φορτισμένα πρωτόνια και τα νετρόνια συγκρατούνται μαζί στον πυρήνα ενός ατόμου;  

Under standard shell-model of πυρηνικών structure, protons and neutrons are thought to occupy shells. There is a limit on optimal number of nucleons (protons or nucleons) that can be accommodated a given “shell”. Nuclei are compact and more stable when “shells” are fully filled with a “specific numbers” of protons or neutrons. These “specific numbers” are called “magic” numbers.  

Επί του παρόντος, τα 2, 8, 20, 28, 50, 82 και 126 θεωρούνται γενικά «μαγικοί» αριθμοί. 

When both number of protons (Z) and number of neutrons (N) in a nucleus equal “magic” numbers, its considered to be a case of “doubly” magic which is associated with stable πυρηνικών structure. For example, ¹⁶O, το πιο σταθερό και το πιο άφθονο ισότοπο οξυγόνου έχει Z=8 και N=8 που είναι «μαγικοί» αριθμοί και περίπτωση διπλής μαγείας. Ομοίως, το ισότοπο που εντοπίστηκε πρόσφατα ²⁸Το Ο έχει Ζ=8 και Ν=20 που είναι μαγικοί αριθμοί. Ως εκ τούτου, το Oxygen-28 αναμενόταν να είναι σταθερό, αλλά βρέθηκε ότι είναι ασταθές και βραχύβιο σε ένα πείραμα (αν και αυτό το πειραματικό εύρημα δεν έχει ακόμη επικυρωθεί σε επαναλαμβανόμενα πειράματα σε άλλες ρυθμίσεις).  

Νωρίτερα, το 32 είχε προταθεί ως νέος μαγικός αριθμός νετρονίων, αλλά δεν βρέθηκε ότι είναι μαγικός αριθμός στα ισότοπα του καλίου. 

Standard shell-model of πυρηνικών structure, the current theory explaining how atomic nuclei are structured seem to insufficient at least in the case of ²⁸O ισότοπο.  

Τα νουκλεόνια (πρωτόνια και νετρόνια) συγκρατούνται μαζί στον πυρήνα με ισχυρή πυρηνική δύναμη. Η κατανόηση της πυρηνικής σταθερότητας και του τρόπου με τον οποίο σφυρηλατούνται τα στοιχεία έγκειται στην καλύτερη κατανόηση αυτής της θεμελιώδους δύναμης.  

***

αναφορές:  

1. Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο. Ερευνητικά νέα – Εξερευνώντας ελαφρούς πυρήνες πλούσιους σε νετρόνια: Πρώτη παρατήρηση οξυγόνου-28. Δημοσίευση: 31 Αυγούστου 2023. Διαθέσιμο στο https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Kondo, Y., Achouri, NL, Falou, HA et αϊ. Πρώτη παρατήρηση του ²⁸O. Φύση 620, 965-970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ 2021. Ειδήσεις – The Magic Is Gone for Neutron Number 32. Διαθέσιμο στο https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG et αϊ. Οι ακτίνες φορτίου των εξωτικών ισοτόπων καλίου αμφισβητούν την πυρηνική θεωρία και τον μαγικό χαρακτήρα του N = 32. Νατ. Φυσ. 17, 439-443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***