Първо откриване на кислород 28 и стандартен черупков модел на ядрена структура   

Кислород-28 (²⁸O), най-тежкият рядък изотоп на кислорода е открит за първи път от японски изследователи. Неочаквано беше установено, че е краткотраен и нестабилен, въпреки че отговаря на критериите за „магически“ брой на ядрен стабилност.  

Кислород има много изотопи; всички имат 8 протона (Z) в ядрата си, но се различават по отношение на броя на неутроните (N). Стабилните изотопи са ¹⁶O, ¹⁷О и ¹⁸O, които имат съответно 8, 9 и 10 неутрона в ядрата си. От трите стабилни изотопа, ¹⁶O е най-разпространеният, съставляващ около 99.74% от целия кислород, открит в природата. 

Наскоро открит ²⁸Изотопът O има 8 протона (Z=8) и 20 неутрона (N=20). Очакваше се да бъде стабилен, тъй като отговаря на изискването за „магическо“ число както по отношение на протоните, така и на неутроните (двойно магически), но беше установено, че е краткотраен и се разпада бързо.  

Какво прави ядрото на атома стабилно? Как положително заредените протони и неутрони се държат заедно в ядрото на атома?  

Под стандартна черупка-модел на ядрен структура, се смята, че протоните и неутроните заемат черупки. Има ограничение за оптималния брой нуклони (протони или нуклони), които могат да бъдат поместени в дадена „обвивка“. Ядрата са компактни и по-стабилни, когато „черупките“ са напълно запълнени с „определен брой“ протони или неутрони. Тези „специфични числа“ се наричат ​​„магически“ числа.  

В момента 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126 обикновено се считат за „магически“ числа. 

Когато броят на протоните (Z) и броят на неутроните (N) в ядрото са равни на „магически“ числа, това се счита за случай на „двойна“ магия, която е свързана със стабилен ядрен структура. Например, ¹⁶O, най-стабилният и най-изобилният изотоп на кислорода има Z=8 и N=8, които са „магически” числа и случай на двойна магия. По същия начин, наскоро откритият изотоп ²⁸O има Z=8 и N=20, които са магически числа. Следователно кислород-28 се очакваше да бъде стабилен, но беше установено, че е нестабилен и краткотраен в експеримент (въпреки че това експериментално откритие предстои да бъде валидирано в повторни експерименти в други настройки).  

По-рано се предполагаше, че 32 е новото магическо неутронно число, но не беше установено, че е магическо число в изотопите на калия. 

Стандартна черупка-модел на ядрен структура, настоящата теория, обясняваща как са структурирани атомните ядра, изглежда недостатъчна поне в случай на ²⁸О изотоп.  

Нуклоните (протони и неутрони) се държат заедно в ядрото от силна ядрена сила. Разбирането на ядрената стабилност и как се изковават елементите се крие в развиващото се по-добро разбиране на тази фундаментална сила.  

***

Литература:  

1. Токийски технологичен институт. Изследователски новини – Изследване на леки богати на неутрони ядра: Първо наблюдение на кислород-28. Публикувано: 31 август 2023 г. Достъпно на https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Kondo, Y., Achouri, NL, Falou, HA и др. Първо наблюдение на ²⁸O. природа 620, 965–970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Министерството на енергетиката на САЩ 2021 г. Новини – Магията е изчезнала за неутрон номер 32. Наличен на https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG и др. Радиусите на заряда на екзотичните калиеви изотопи предизвикват ядрената теория и магическия характер на N = 32. Нац. Phys. 17, 439–443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***