الكشف الأول عن الأكسجين 28 ونموذج القشرة القياسي للبنية النووية   

تمكن باحثون يابانيون لأول مرة من اكتشاف نظير الأكسجين-28 ( ^{28O )، وهو أثقل نظائر الأكسجين النادرة. وقد تبين، على نحو غير متوقع، أنه قصير العمر وغير مستقر على الرغم من استيفائه معايير "الرقم السحري" للاستقرار} النووي.

للأكسجين نظائر عديدة؛ جميعها تحتوي على 8 بروتونات (Z) في نواتها، لكنها تختلف في عدد النيوترونات (N). النظائر المستقرة هي ^16O و ¹⁷ O و ¹⁸ O، والتي تحتوي على 8 و9 و10 نيوترونات في نواتها على التوالي. من بين هذه النظائر المستقرة الثلاثة، يُعدّ ^16O الأكثر وفرة، إذ يُشكّل حوالي 99.74% من إجمالي الأكسجين الموجود في الطبيعة.

^{يحتوي نظير الأكسجين -28} الذي تم اكتشافه مؤخراً على 8 بروتونات (Z=8) و20 نيوتروناً (N=20). كان من المتوقع أن يكون مستقراً لأنه يستوفي شرط العدد "السحري" فيما يتعلق بكل من البروتونات والنيوترونات (عدد سحري مزدوج)، ولكن تبين أنه قصير العمر ويتحلل بسرعة.

ما الذي يجعل نواة الذرة مستقرة؟ كيف ترتبط البروتونات والنيوترونات المشحونة إيجابيا ببعضها البعض في نواة الذرة؟  

وفقًا للنموذج القياسي لبنية النواة ، يُعتقد أن البروتونات والنيوترونات تشغل أغلفة نووية. يوجد حد أقصى لعدد النيوكليونات (البروتونات أو النيوكليونات) التي يمكن استيعابها في غلاف نووي معين. تكون النوى مضغوطة وأكثر استقرارًا عندما تمتلئ هذه الأغلفة بأعداد محددة من البروتونات أو النيوترونات. تُسمى هذه الأعداد المحددة بالأعداد السحرية.

حاليًا، تعتبر الأرقام 2 و8 و20 و28 و50 و82 و126 أرقامًا "سحرية" بشكل عام. 

عندما يتساوى عدد البروتونات (Z) وعدد النيوترونات (N) في النواة مع عددين "سحريين"، يُعتبر ذلك حالة "سحرية مزدوجة" مرتبطة ببنية نووية مستقرة . على سبيل المثال، الأكسجين ^-16 ، وهو أكثر نظائر الأكسجين استقرارًا ووفرةً، له Z=8 وN=8، وهما عددان "سحريان"، ما يجعله حالة "سحرية مزدوجة". وبالمثل، فإن نظير الأكسجين ^-28 المكتشف حديثًا له Z=8 وN=20، وهما عددان "سحريان". لذا، كان من المتوقع أن يكون الأكسجين-28 مستقرًا، لكن تبين في إحدى التجارب أنه غير مستقر وقصير العمر (مع أن هذه النتيجة التجريبية لم تُؤكد بعد في تجارب متكررة في ظروف أخرى).

في وقت سابق، تم اقتراح أن 32 هو رقم نيوتروني سحري جديد ولكن لم يتم العثور عليه ليكون رقمًا سحريًا في نظائر البوتاسيوم. 

يبدو أن النموذج القياسي للقشرة النووية ، النظرية الحالية التي تشرح كيفية تكوين النوى الذرية، غير كافية على الأقل في حالة نظير الأكسجين ^{28 .}

ترتبط النيوكليونات (البروتونات والنيوترونات) ببعضها البعض في النواة بواسطة قوة نووية قوية. إن فهم الاستقرار النووي وكيفية تشكيل العناصر يكمن في تطوير فهم أفضل لهذه القوة الأساسية.  

***

المراجع:  

1. معهد طوكيو للتكنولوجيا. أخبار بحثية – استكشاف النوى الغنية بالنيوترونات الخفيفة: الملاحظة الأولى للأكسجين-28. تاريخ النشر: 31 أغسطس 2023. متاح على https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. كوندو، Y.، عاشوري، NL، فالو، HA وآخرون. الملاحظة الأولى ل ²⁸O. الطبيعة 620 ، 965–970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. وزارة الطاقة الأمريكية 2021. الأخبار - ذهب السحر بالنسبة للنيوترون رقم 32. متوفر في https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. كوسزوروس، Á.، يانغ، XF، جيانغ، WG وآخرون. إن نصف قطر شحنة نظائر البوتاسيوم الغريبة يتحدى النظرية النووية والطابع السحري N = 32. نات. فيز. 17 ، 439–443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***