Першае выяўленне кіслароду 28 і стандартная мадэль ядзернай абалонкі   

Кісларод-28 (²⁸O), самы цяжкі рэдкі ізатоп кіслароду быў упершыню выяўлены японскімі даследчыкамі. Нечакана было выяўлена, што ён недаўгавечны і нестабільны, нягледзячы на ​​​​адпавяданне крытэрам "магічнага" ліку ядзерны стабільнасць.  

Кісларод мае шмат ізатопаў; усе маюць 8 пратонаў (Z) у сваіх ядрах, але адрозніваюцца па колькасці нейтронаў (N). Стабільнымі ізатопамі з'яўляюцца ¹⁶O, ¹⁷О і ¹⁸O, у ядрах якіх адпаведна 8, 9 і 10 нейтронаў. З трох стабільных ізатопаў, ¹⁶O найбольш распаўсюджаны і складае каля 99.74% усяго кіслароду, які сустракаецца ў прыродзе. 

Нядаўна выяўлены ²⁸Ізатоп O мае 8 пратонаў (Z=8) і 20 нейтронаў (N=20). Чакалася, што ён будзе стабільным, таму што ён адпавядае патрабаванню «магічнага» ліку як для пратонаў, так і для нейтронаў (удвая магічнага), але было ўстаноўлена, што ён недаўгавечны і хутка распадаецца.  

Што робіць ядро ​​атама стабільным? Як дадатна зараджаныя пратоны і нейтроны ўтрымліваюцца разам у ядры атама?  

Пад стандартную мадэль абалонкі ядзерны структуры, мяркуюць, што пратоны і нейтроны займаюць абалонкі. Існуе абмежаванне на аптымальную колькасць нуклонаў (пратонаў або нуклонаў), якія могуць змясціцца ў дадзенай «абалонцы». Ядра кампактныя і больш стабільныя, калі «абалонкі» цалкам запоўненыя «пэўнай колькасцю» пратонаў або нейтронаў. Гэтыя «канкрэтныя лічбы» называюцца «магічнымі» лічбамі.  

У цяперашні час 2, 8, 20, 28, 50, 82 і 126 звычайна лічацца «магічнымі» лічбамі. 

Калі і колькасць пратонаў (Z), і колькасць нейтронаў (N) у ядры роўныя «магічным» лікам, гэта лічыцца выпадкам «падвойнай» магіі, якая звязана са стабільнай ядзерны структура. Напрыклад, ¹⁶O, самы стабільны і самы распаўсюджаны ізатоп кіслароду мае Z=8 і N=8, якія з'яўляюцца "магічнымі" лікамі і выпадкам падвойнай магіі. Аналагічна нядаўна выяўлены ізатоп ²⁸O мае Z=8 і N=20, якія з'яўляюцца магічнымі лікамі. Такім чынам, кісларод-28, як чакалася, будзе стабільным, але было ўстаноўлена, што ён нестабільны і недаўгавечны ў эксперыменце (хаця гэта эксперыментальнае выснову яшчэ трэба пацвердзіць у паўторных эксперыментах у іншых умовах).  

Раней 32 лічылася новым магічным лікам нейтронаў, але не было знойдзена магічным лікам у ізатопах калію. 

Стандартная мадэль ракавіны ядзерны сучасная тэорыя, якая тлумачыць структуру атамных ядраў, здаецца недастатковай, па меншай меры, у выпадку ²⁸О ізатоп.  

Нуклоны (пратоны і нейтроны) утрымліваюцца разам у ядры моцнай ядзернай сілай. Разуменне ядзернай стабільнасці і таго, як ствараюцца элементы, залежыць ад лепшага разумення гэтай фундаментальнай сілы.  

***

Спасылкі:  

1. Такійскі тэхналагічны інстытут. Навіны даследаванняў – Даследаванне лёгкіх нейтронна-багатых ядраў: першае назіранне за кіслародам-28. Апублікавана: 31 жніўня 2023 г. Даступна па адрасе https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Конда, Ю., Ачуры, Н.Л., Фалу, Г.А і іншыя Першае назіранне за ²⁸O. Прырода 620, 965–970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Міністэрства энергетыкі ЗША 2021. Навіны – магія знікла для нейтрона нумар 32. Даступна па адрасе https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Косорус, А., Ян, XF, Цзян, WG і іншыя Радыусы зарадаў экзатычных ізатопаў калію аспрэчваюць ядзерную тэорыю і магічны характар N = 32. Нац. фіз. 17, 439–443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***