Ненаблюдаван досега изотоп на кислорода не отговаря на всички наши очаквания за това как би трябвало да се държи.
Това е кислород-28, с най-големия брой неутрони, наблюдавани някога в ядрото на кислороден атом. И все пак, макар учените да смятат, че би трябвало да е стабилен, той се разпада бързо. По този начин той поставя под въпрос всичко, което си мислехме, че знаем за „магическия“ брой частици в ядрото на атома.
Ядрото на атома съдържа субатомни частици, наречени нуклеони, които се състоят от протони и неутрони.
Атомният номер на даден елемент се определя от броя на протоните, които има, но този на неутроните може да варира.
Елементите с различен брой неутрони са известни като изотопи; кислородът има 8 протона, но може да разполага с различен брой неутрони.
Преди това най-големият брой неутрони е бил 18 в изотопа на кислорода кислород-26 (8 протона плюс 18 неутрона е равно на 26 нуклеона).
Сега екип, ръководен от ядрения физик Йосуке Кондо от Токийския технологичен институт в Япония, открива два изотопа на кислорода, които никога не са били наблюдавани досега - кислород-27 и кислород-28, съответно с 19 и 20 неутрона.
Работата е извършена във Фабриката за радиоактивни изотопи на RIKEN - циклотронен ускорител, предназначен за производство на нестабилни изотопи.
Първо, екипът изтрелва сноп от изотопи на калций-48 към мишена от берилий, за да се получат по-леки атоми, включително флуор-29, изотоп на флуора с 9 протона и 20 неутрона.
Диаграма на експеримента. Източник: Nature
След това този флуор-29 се отделя и се сблъсква с мишена от течен водород, за да отхвърли протон в опит да създаде кислород-28.
Опитът е успешен, но изненадващ. Както кислород-27, така и кислород-28 са нестабилни, съществуват само миг, преди да се разпаднат съответно на кислород-24 и 3 или 4 свободни неутрона, и точно тук нещата стават интересни за кислород-28.
И 8, и 20 са „магически“ числа съответно за протони и неутрони - свойство, което предполага, че кислород-28 трябва да е стабилен.
Общият брой на всеки от тях зависи от това как всеки добавен нуклон влияе върху стабилността на квотите за протони и неутрони, наречени „черупки“.
Магическо число в ядрената физика е броят на нуклоните, които ще запълнят напълно една обвивка, като всяка нова обвивка се отличава от предишната с голяма енергийна разлика.
Атомно ядро с протонни и неутронни обвивки, които съдържат магически брой от всяка от тях, е известно като двойно магическо и се очаква да бъде особено стабилно.
По-голямата част от кислорода на Земята, включително въздухът, който дишаме, е двойно магическа форма на кислорода - кислород-16.
Дълго време се очакваше, че кислород-28 ще бъде следващият двойно магически изотоп на кислорода след кислород-16, но предишните опити за откриването му не доведоха до успех.
(Интересно е, че през 2009 г. се появиха доказателства, че кислород-24 може да е двойно магически, което предполага, че 16 може да е магическо число).
Работата на Кондо и неговите колеги може да обясни защо. Техните открития показват, че неутронната обвивка не е била запълнена. Това поставя под въпрос дали 20 е магическо число за неутроните.
Интересно е, че то изглежда в съответствие с явление, известно като остров на инверсията за изотопите на неона, натрия и магнезия, при които обвивки от 20 неутрона не се затварят. Това се отнася и за флуор-29, а сега очевидно и за кислород-28.
Преди да научим повече за странно незатворената неутронна, изследователите ще трябва да се опитат да изследват ядрото във възбудено състояние с по-висока енергия. Други методи на образуване на кислород-28 също биха могли да бъдат показателни, въпреки че това е много по-трудно да се реализира.
Засега впечатляващите и трудно постижими резултати на екипа разкриват, че двойно магическите ядра могат да бъдат много по-сложни, отколкото сме предполагали.
Изследването е публикувано в списание Nature.
Източник: Science Alert
