Prvá detekcia kyslíka 28 a štandardný obalový model jadrovej štruktúry   

Kyslík-28 (²⁸O), najťažší vzácny izotop kyslíka prvýkrát objavili japonskí vedci. Neočakávane sa zistilo, že má krátke trvanie a je nestabilný napriek tomu, že spĺňa kritériá „magického“ počtu nukleárnej stability.  

Kyslík má veľa izotopov; všetky majú vo svojich jadrách 8 protónov (Z), ale líšia sa počtom neutrónov (N). Stabilné izotopy sú ¹⁶O, ¹⁷O a ¹⁸O, ktoré majú vo svojich jadrách 8, 9 a 10 neutrónov. Z troch stabilných izotopov ¹⁶O je najhojnejšie a tvorí asi 99.74 % všetkého kyslíka nachádzajúceho sa v prírode. 

Nedávno zistené ²⁸Izotop O má 8 protónov (Z=8) a 20 neutrónov (N=20). Očakávalo sa, že bude stabilný, pretože spĺňa požiadavku na „magické“ číslo s ohľadom na protóny aj neutróny (dvojitá mágia), ale zistilo sa, že má krátke trvanie a rýchlo sa rozpadá.  

Čo robí jadro atómu stabilným? Ako kladne nabité protóny a neutróny držia pohromade v jadre atómu?  

Podľa štandardného škrupinového modelu nukleárnej predpokladá sa, že protóny a neutróny okupujú škrupiny. Existuje limit na optimálny počet nukleónov (protónov alebo nukleónov), ktoré je možné umiestniť do daného „plášťa“. Jadrá sú kompaktné a stabilnejšie, keď sú „škrupiny“ úplne naplnené „špecifickým počtom“ protónov alebo neutrónov. Tieto „špecifické čísla“ sa nazývajú „magické“ čísla.  

V súčasnosti sa 2, 8, 20, 28, 50, 82 a 126 všeobecne považujú za „magické“ čísla. 

Keď sa počet protónov (Z) aj počet neutrónov (N) v jadre rovnajú „magickým“ číslam, považuje sa to za prípad „dvojitej“ mágie, ktorá je spojená so stabilným nukleárnej štruktúru. Napríklad, ¹⁶O, najstabilnejší a najrozšírenejší izotop kyslíka má Z=8 a N=8, čo sú „magické“ čísla a prípad dvojnásobnej mágie. Podobne aj nedávno zistený izotop ²⁸O má Z=8 a N=20, čo sú magické čísla. Preto sa očakávalo, že kyslík-28 bude stabilný, ale v experimente sa zistilo, že je nestabilný a krátkodobý (hoci toto experimentálne zistenie sa ešte musí overiť v opakovaných experimentoch v iných nastaveniach).  

Predtým bolo 32 navrhnuté ako nové magické neutrónové číslo, ale nezistilo sa, že by to bolo magické číslo v izotopoch draslíka. 

Štandardný škrupinový model nukleárnej štruktúra, sa súčasná teória vysvetľujúca, ako sú atómové jadrá štruktúrované, javí ako nedostatočná prinajmenšom v prípade ²⁸O izotop.  

Nukleóny (protóny a neutróny) sú v jadre držané pohromade silnou jadrovou silou. Pochopenie jadrovej stability a toho, ako sú prvky kované, spočíva v rozvíjaní lepšieho pochopenia tejto základnej sily.  

***

Referencie:  

1. Tokijský technologický inštitút. Novinky z výskumu – Skúmanie jadier bohatých na svetelné neutróny: Prvé pozorovanie kyslíka-28. Zverejnené: 31. augusta 2023. Dostupné na https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Kondo, Y., Achouri, NL, Falou, HA et al. Prvé pozorovanie ²⁸O. príroda 620, 965 - 970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Ministerstvo energetiky USA 2021. Novinky – Kúzlo pre neutrón číslo 32 je preč. Dostupné na https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG et al. Polomery náboja exotických izotopov draslíka spochybňujú jadrovú teóriu a magický charakter N = 32. Nat. Phys. 17, 439 - 443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***