Первое обнаружение кислорода-28 и стандартная оболочечная модель структуры ядра   

Кислород-28 (²⁸О), самый тяжелый редкий изотоп кислорода впервые обнаружен японскими исследователями. Неожиданно оказалось, что он недолговечен и нестабильен, несмотря на соответствие критериям «магических» чисел. ядерный стабильность.  

Кислород имеет много изотопов; все они имеют в ядрах 8 протонов (Z), но различаются количеством нейтронов (N). Стабильные изотопы – это ¹⁶O, ¹⁷O и ¹⁸O, которые имеют в ядрах 8, 9 и 10 нейтронов соответственно. Из трех стабильных изотопов ¹⁶O наиболее распространен и составляет около 99.74% всего кислорода, встречающегося в природе. 

Недавно обнаружено ²⁸Изотоп O имеет 8 протонов (Z=8) и 20 нейтронов (N=20). Ожидалось, что он будет стабильным, поскольку он соответствует требованию «магического» числа как по отношению к протонам, так и по отношению к нейтронам (двойная магия), но оказалось, что он недолговечен и быстро распадается.  

Что делает ядро ​​атома стабильным? Как положительно заряженные протоны и нейтроны удерживаются вместе в ядре атома?  

Под стандартную модель оболочки ядерный Считается, что протоны и нейтроны занимают оболочки. Существует ограничение на оптимальное количество нуклонов (протонов или нуклонов), которые могут разместиться в данной «оболочке». Ядра компактны и более стабильны, когда «оболочки» полностью заполнены «определенным количеством» протонов или нейтронов. Эти «конкретные числа» называются «магическими» числами.  

В настоящее время 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126 обычно считаются «магическими» числами. 

Когда число протонов (Z) и количество нейтронов (N) в ядре равны «магическим» числам, это считается случаем «двойной» магии, которая связана со стабильным ядерный состав. Например, ¹⁶O, наиболее стабильный и наиболее распространенный изотоп кислорода, имеет Z=8 и N=8, которые являются «магическими» числами и случаем двойной магии. Точно так же недавно обнаруженный изотоп ²⁸O имеет Z=8 и N=20, которые являются магическими числами. Следовательно, ожидалось, что кислород-28 будет стабильным, но в ходе эксперимента выяснилось, что он нестабильен и недолговечен (хотя это экспериментальное открытие еще предстоит подтвердить в повторных экспериментах в других условиях).  

Ранее предполагалось, что 32 является новым магическим числом нейтронов, но не было обнаружено, что оно является магическим числом в изотопах калия. 

Стандартная модель оболочки ядерный Существующая теория, объясняющая структуру атомных ядер, кажется недостаточной, по крайней мере, в случае ²⁸О изотоп.  

Нуклоны (протоны и нейтроны) удерживаются вместе в ядре сильными ядерными силами. Понимание ядерной стабильности и того, как создаются элементы, зависит от лучшего понимания этой фундаментальной силы.  

Ссылки:  

1. Токийский технологический институт. Новости исследований – Исследование легких ядер, богатых нейтронами: первое наблюдение кислорода-28. Опубликовано: 31 августа 2023 г. Доступно по адресу: https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Кондо, Ю., Ачури, Н.Л., Фалу, ХА и другие Первое наблюдение за ²⁸O. Природа 620. С. 965–970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Министерство энергетики США, 2021 г. Новости – Магия для нейтрона номер 32 ушла. Доступно по адресу: https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Кошорус, А., Ян, XF, Цзян, В.Г. и другие Зарядовые радиусы экзотических изотопов калия бросают вызов ядерной теории и магическому характеру N = 32. Туземный Phys. 17. С. 439–443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5