Esimene hapniku tuvastamine 28 ja tuumastruktuuri standardne kestamudel   

Hapnik-28 (²⁸O), Jaapani teadlased avastasid esimest korda hapniku raskeima haruldase isotoobi. Ootamatult leiti, et see on lühiajaline ja ebastabiilne vaatamata "maagilise" arvu kriteeriumidele. tuuma- stabiilsus.  

Hapnik sisaldab palju isotoope; kõigil on tuumades 8 prootonit (Z), kuid need erinevad neutronite arvu (N) poolest. Stabiilsed isotoobid on ¹⁶O, ¹⁷O ja ¹⁸O, mille tuumades on vastavalt 8, 9 ja 10 neutronit. Kolmest stabiilsest isotoobist ¹⁶O on kõige rikkalikum, moodustades umbes 99.74% kogu looduses leiduvast hapnikust. 

Hiljuti tuvastatud ²⁸O isotoobis on 8 prootonit (Z=8) ja 20 neutronit (N=20). Eeldati, et see on stabiilne, kuna see vastab nii prootonite kui ka neutronite "maagilise" arvu nõudele (topeltmaagia), kuid leiti, et see on lühiajaline ja lagunes kiiresti.  

Mis muudab aatomi tuuma stabiilseks? Kuidas hoitakse aatomi tuumas koos positiivselt laetud prootoneid ja neutroneid?  

Standardse kestamudeli alusel tuuma- struktuur, arvatakse, et prootonid ja neutronid hõivavad kestad. Nukleonide (prootonite või nukleonite) optimaalne arv, mida antud "kestas" mahutada, on piiratud. Tuumad on kompaktsed ja stabiilsemad, kui "kestad" on täielikult täidetud "spetsiifilise arvu" prootonite või neutronitega. Neid "konkreetseid numbreid" nimetatakse "maagilisteks" numbriteks.  

Praegu peetakse 2, 8, 20, 28, 50, 82 ja 126 üldiselt "maagilisteks" numbriteks. 

Kui nii prootonite arv (Z) kui ka neutronite arv (N) tuumas on võrdsed "maagiliste" numbritega, peetakse seda "kahekordseks" maagiaks, mis on seotud stabiilsega. tuuma- struktuur. Näiteks, ¹⁶O, kõige stabiilsemal ja kõige rikkalikumal hapniku isotoobil on Z=8 ja N=8, mis on “maagilised” numbrid ja kahekordse maagia juhtum. Samamoodi hiljuti avastatud isotoop ²⁸O-l on Z=8 ja N=20, mis on maagilised numbrid. Seetõttu eeldati, et Oxygen-28 on stabiilne, kuid katses leiti, et see on ebastabiilne ja lühiajaline (kuigi seda eksperimentaalset leidu tuleb veel korduvates katsetes teistes seadetes kinnitada).  

Varem pakuti, et 32 ​​on uus maagiline neutronite arv, kuid seda ei leitud kaaliumi isotoopides maagiliseks numbriks. 

Standardne kestamudel tuuma- struktuur, tundub praegune teooria, mis selgitab, kuidas aatomituumad on struktureeritud, ebapiisav vähemalt ²⁸O isotoop.  

Nukleone (prootoneid ja neutroneid) hoiab tuumas koos tugev tuumajõud. Tuumastabiilsuse ja elementide sepistamise mõistmine seisneb selle põhijõu parema mõistmise arendamisel.  

***

viited:  

1. Tokyo Tehnoloogiainstituut. Teadusuudised – valgusneutronirikaste tuumade uurimine: esimene hapniku-28 vaatlus. Avaldatud: 31. august 2023. Saadaval aadressil https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

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

3. USA energeetikaministeerium 2021. Uudised – neutroni number 32 maagia on kadunud. Saadaval aadressil https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG et al. Eksootiliste kaaliumiisotoopide laenguraadiused seavad kahtluse alla tuumateooria ja selle maagilise iseloomu N = 32. Nat. Phys. 17, 439–443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***