Ученые обнаружили невиданную ранее форму кислорода
Недавно обнаруженный изотоп кислорода бросает вызов всем нашим ожиданиям относительно того, как он должен вести себя.
Это кислород-28 с самым большим количеством нейтронов, когда-либо наблюдавшихся в ядре атома кислорода. Тем не менее, хотя ученые считают, что оно должно быть стабильным, оно быстро распадается, ставя под сомнение то, что мы думали, что знаем о «магических» числах частиц в ядре атома.
Ядро атома содержит субатомные элементы. частицы, называемые нуклонами, состоящие из протонов и нейтронов.
Атомный номер элемента определяется количеством имеющихся в нем протонов, но количество нейтронов может варьироваться.
Элементы разные числа нейтронов известны как изотопы; кислород имеет 8 протонов, но может иметь разное количество нейтронов.
Ранее наибольшее количество наблюдаемых нейтронов составляло 18 в изотопе кислорода кислород-26 (8 протонов плюс 18 нейтронов равняются 26 нуклонам).
Теперь группа под руководством физика-ядерщика Йосуке Кондо из Токийского технологического института в Японии обнаружила два изотопа кислорода, которые мы никогда раньше не видели: кислород-27 и кислород-28, с 19 и 20 нейтронами соответственно. .
Работы проводились на заводе радиоактивных изотопов RIKEN, циклотронном ускорителе, предназначенном для производства нестабильных изотопов.
Сначала команда запустила пучок изотопов кальция-48 в бериллиевая мишень для производства более легких атомов, включая фтор-29, изотоп фтора с 9 протонами и 20 нейтронами.
Затем этот фтор-29 отделился и столкнулся с мишенью из жидкого водорода, чтобы оторвать протон и попытаться создать кислород-28.
Попытка оказалась удачной, но неожиданной. И кислород-27, и кислород-28 нестабильны, действуют всего лишь мгновение, а затем распадаются на кислород-24 и 3 или 4 свободных нейтрона соответственно, и именно здесь с кислородом-28 все становится интереснее.
И 8, и 20 являются «магическими» числами для протонов и нейтронов соответственно. Это свойство предполагает, что кислород-28 должен быть стабильным.
Общее число каждого зависит от того, как каждый добавленный нуклон влияет на стабильность квоты протонов и нейтронов, называемые «оболочками».
Магическое число в ядерной физике — это количество нуклонов, которые полностью заполняют оболочку, при этом каждая новая оболочка отличается от предыдущей большой энергетической щелью.
p>
Атомное ядро с протонной и нейтронной оболочками, содержащими магические числа каждого, известно как двойное магическое и, как ожидается, будет особенно стабильным.
Большая часть кислорода на Земле, включая воздух которым мы дышим, представляет собой дважды магическую форму кислорода, кислород-16.
Долгое время ожидалось, что кислород-28 станет следующим изотопом кислорода с двойной магией после кислорода-16, но предыдущие попытки найти его потерпел неудачу.
(Интересно, что в 2009 году появились доказательства того, что кислород-24 может обладать двойной магией, что позволяет предположить, что 16 может быть магическим числом.)
Работа Кондо и его коллеги могли бы объяснить почему. Их результаты показывают, что нейтронная оболочка не была заполнена. Это ставит под вопрос, является ли 20 магическим числом для нейтронов.
Интересно, что это согласуется с явлением, известным как остров инверсии для изотопов неона, натрия и магния, где оболочки 20 нейтроны не замыкаются. Это также распространяется на фтор-29, а теперь, по-видимому, и на кислород-28.
Дальнейшее понимание странной незамкнутой оболочки нейтрона придется подождать, пока исследователи не смогут исследовать ядро в возбужденном состоянии с более высокой энергией. . Другие методы образования кислорода-28 также могут оказаться показательными, хотя их гораздо сложнее реализовать.
На данный момент впечатляющие и с трудом завоеванные результаты команды показывают, что двойно магические ядра могут быть намного сложнее. чем мы думали.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
