Открит е изототоп на кислорода, който се противопоставя на всичките очаквания за това как трябва да се държи

Кислород-28 е с най-големия брой неутрони, наблюдаван някога в ядрото на кислороден атом. Според прогнозите на учените той трябва да е стабилен, но всъщност бързо се разпада. Това обстоятелство поставя под въпрос това, което знаем за "магическите" числа на частиците в ядрото на атома.

Ядрото на атома съдържа субатомни частици, наречени нуклони, които са протони и неутрони. Атомният номер на даден елемент се определя от броя на протоните, които съдържа, но броят на неутроните може да варира. Елементи с различен брой неутрони се наричат изотопи. Например кислородът има 8 протона, но може да има различен брой неутрони.

Преди това най-големият брой наблюдавани неутрони бе 18 в кислородния изотоп кислород-26 (8 протона + 18 неутрона = 26 нуклона). Но наскоро екип, ръководен от ядрения физик Йосуке Кондо (Yosuke Kondo) от Токийския технологичен институт в Япония, открива два изотопа на кислорода, които никога не са виждани преди: кислород-27 и кислород-28, съответно с 19 и 20 неутрона.

Работата е извършена в RIKEN Radioactive Isotope Beam Factory, циклотронен ускорител, предназначен да произвежда нестабилни изотопи. Първо, екипът изстрелва лъч от изотопи на калций-48 към берилиева цел, за да произведе по-леки атоми, включително флуор-29, изотоп на флуор с 9 протона и 20 неутрона.

След това този флуор-29 се отделя и се сблъсква с мишена от течен водород, за да откъсне протон и да се опита да създаде кислород-28. Опитът е успешен, но неочакван. И кислород-27, и кислород-28 са нестабилни, съществуват само за момент и след това се разпадат съответно на кислород-24 и 3 или 4 свободни неутрона.

И тук ситуацията с кислород-28 става много по-интересна.

Схема на експеримента. Кредит: Nature

Както 8, така и 20 са "магически" числа съответно за протони и неутрони и това свойство предполага, че кислород-28 трябва да е стабилен. Общото количество на всеки зависи от това как всеки добавен нуклон влияе върху стабилността на протонните и неутронните квоти, наречени "обвивки".

"Магическото число" в ядрената физика е броят на нуклоните, които ще запълнят напълно обвивката, като всяка нова обвивка се различава от предишната с голяма енергийна празнина. Атомно ядро ​​с протонна и неутронна обвивка, съдържащи магическите числа за всяка обвивка, е известно като двойно магическо и се очаква да бъде особено стабилно.

Повечето от кислорода на Земята, включително въздуха, който дишаме, има двойно магическа форма на кислород, кислород-16. Кислород-28 отдавна се очакваше да бъде следващият двойно магически изотоп на кислорода след кислород-16, но предишните опити да бъде открит бяха неуспешни.

(Интересното е, че през 2009 г. се появиха доказателства, че кислород-24 може да бъде двойно магически, което предполага, че 16 също може да бъде магическо число.)

Изотопите ²⁸O и ²⁷O осигуряват строги тестове на съвременните теории за ядрената структура, разширявайки хоризонтите на нашето познание. Кредит: Tokyo Tech

Работата на Кондо и неговите колеги може да обясни защо това е така. Техните резултати показват, че неутронната обвивка не е била напълно запълнена. Това поставя под въпрос дали 20 е магическо число за неутроните?

Интересното е, че заключенията от работата изглежда са в съответствие с феномена, известен като остров на инверсия за изотопите на неон, натрий и магнезий, когато обвивки от 20 неутрона не се затварят. Това се отнася до флуор-29, а сега, очевидно, и до кислород-28.

По-нататъшното разбиране на странната, отворена неутронна обвивка ще трябва да бъде отложено, докато изследователите не изследват ядрото във възбудено състояние с по-висока енергия. Други методи за генериране на кислород-28 също могат да бъдат показателни, въпреки че са много по-трудни за изпълнение.

Резултатите, макар и неочаквани, отварят пътя към по-добро разбиране на магическите ядра, които могат да бъдат много по-сложни, отколкото се смяташе досега.

Справка: Kondo, Y., Achouri, N.L., Falou, H.A. et al. First observation of 28O. Nature 620, 965–970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

Източник: Exploring light neutron-rich nuclei: First observation of oxygen-28, Tokyo Institute of Technology

Още по темата

31/08/2023

Животът

Дивите прасета в Германия са радиоактивни и сега стана ясно защо

30/08/2023

Земята

Последният ледников период приключва заради промяна в наклона на Земята

24/08/2023

Животът

Черупките на костенурките пазят радиоактивни следи от ядрени опити

17/08/2023

Човекът

Първите хора в Европа вероятно са загинали от внезапно застудяване преди 1,1 милиона години