Premieră mondială în știință: Cercetătorii au observat o formă de oxigen nemaivăzută până acum

Oamenii de știință au observat o formă de oxigen nemaivăzută până acum. Un izotop de oxigen recent observat sfidează toate așteptările cu privire la modul în care ar trebui să se comporte.

Este oxigen-28, cu cel mai mare număr de neutroni văzut vreodată în nucleul unui atom de oxigen. Cu toate acestea, deși oamenii de știință cred că ar trebui să fie stabil, se degradează rapid – punând sub semnul întrebării ceea ce credeam că știm despre numărul „magic” de particule din nucleul unui atom.

Ca referință, nucleul unui atom conține particule subatomice numite nucleoni, formate din protoni și neutroni. Numărul atomic al unui element este definit de numărul de protoni pe care îi are, dar numărul de neutroni poate varia.

Elementele cu numere diferite de neutroni sunt cunoscute ca izotopi; oxigenul are 8 protoni, dar poate avea un număr diferit de neutroni. Anterior, cel mai mare număr de neutroni observați a fost de 18, în izotopul oxigenului, oxigen-26 (8 protoni plus 18 neutroni echivalează cu 26 de nucleoni).

Ce să faci cu perișoarele înainte de a le adăuga în ciorbă. Secretul ca să iasă mai pufoase și mult mai gustoase

Un avion cu ruta Sibiu-München a aterizat de urgență la Timișoara după ce o ușiță a rămas deschisă

Ce au descoperit cercetătorii despre oxigen

Acum, o echipă condusă de fizicianul nuclear Yosuke Kondo de la Institutul de Tehnologie din Tokyo din Japonia a găsit doi izotopi de oxigen pe care nu i-am mai văzut până acum, oxigen-27 și oxigen-28, cu 19 și, respectiv, 20 de neutroni.

Lucrarea a fost efectuată la RIKEN Radioactive Isotope Beam Factory, o instalație de accelerare ciclotron concepută pentru a produce izotopi instabili.

Mai întâi, echipa a tras un fascicul de izotopi de calciu-48 către o țintă de beriliu pentru a produce atomi mai ușori, inclusiv fluor-29, un izotop de fluor cu 9 protoni și 20 de neutroni. Acest fluor-29 a fost apoi separat și a intrat în coliziune cu o țintă de hidrogen lichid pentru a elimina un proton în încercarea de a crea oxigen-28.

Încercarea a avut succes, dar surprinzătoare. Atât oxigenul-27, cât și oxigenul-28 sunt instabile, durând doar un moment de timp înainte de a se descompune în oxigen-24 și, respectiv, în 3 sau 4 neutroni liberi, și aici lucrurile devin interesante pentru oxigen-28. Atât 8, cât și 20 sunt numere „magice” pentru protoni și, respectiv, neutroni, o proprietate care sugerează că oxigenul-28 ar trebui să fie stabil.

Diagramă a experimentului Sursa: Nature

Numărul total al fiecăruia depinde de modul în care fiecare nucleon adăugat afectează stabilitatea cotelor de protoni și neutroni numite „cochilii”. Un număr magic în fizica nucleară este numărul de nucleoni care vor umple complet un înveliș, fiecare nou înveliș distingându-se de precedentul printr-un decalaj mare de energie.

Un nucleu atomic cu învelișuri de protoni și neutroni conținând ambele numere magice ale fiecăreia este cunoscut ca dublu magic și este de așteptat să fie deosebit de stabil. Majoritatea oxigenului de pe Pământ, inclusiv aerul pe care îl respirăm, este o formă dublu magică de oxigen, oxigenul-16.

Oxigenul-28 a fost de așteptat mult timp să fie următorul izotop de oxigen dublu magic după oxigenul-16, dar încercările anterioare de a-l găsi au rămas scurte. Interesant, dovezi că oxigenul-24 ar putea fi dublu magie au apărut în 2009, sugerând că 16 ar putea fi un număr magic.

Munca lui Kondo și a colegilor săi ar putea explica de ce. Descoperirile lor sugerează că învelișul de neutroni nu fusese umplut. Acest lucru pune sub semnul întrebării dacă 20 este sau nu un număr magic pentru neutroni.

Interesant este că pare în concordanță cu un fenomen cunoscut sub numele de insula inversării pentru izotopii de neon, sodiu și magneziu, unde învelișurile de 20 de neutroni nu se închid. Acest lucru se extinde și la fluor-29, iar acum, aparent, oxigen-28.

O înțelegere ulterioară a învelișului de neutroni ciudat neînchis va trebui să aștepte până când cercetătorii vor putea sonda nucleul într-o stare excitată, de energie mai mare. Alte metode de formare a oxigenului-28 ar putea fi, de asemenea, revelatoare, deși este mult mai dificil de realizat.

Deocamdată, rezultatele fascinante și obținute cu greu ale echipei dezvăluie că nucleele dublu magice ar putea fi mult mai complicate decât știam.