الكشف الأول عن الأكسجين 28 ونموذج القشرة القياسي للبنية النووية   

أكسجين-28 (²⁸O)، تم اكتشاف أثقل نظائر الأكسجين النادرة لأول مرة من قبل باحثين يابانيين. وبشكل غير متوقع، وجد أنه قصير الأجل وغير مستقر على الرغم من استيفائه لمعايير الرقم "السحري" المتمثل في نووي الاستقرار.  

أكسجين لديه العديد من النظائر. تحتوي جميعها على 8 بروتونات (Z) في نواتها ولكنها تختلف فيما يتعلق بعدد النيوترونات (N). النظائر المستقرة هي ¹⁶O, ¹⁷يا و ¹⁸O التي تحتوي على 8 و 9 و 10 نيوترونات في نواتها على التوالي. من النظائر الثلاثة المستقرة، ¹⁶O هو الأكثر وفرة ويشكل حوالي 99.74% من جميع الأكسجين الموجود في الطبيعة. 

تم اكتشافه مؤخرًا ²⁸يحتوي نظير O على 8 بروتونات (Z=8) و20 نيوترونًا (N=20). كان من المتوقع أن يكون مستقرًا لأنه يفي بمتطلبات الرقم "السحري" فيما يتعلق بكل من البروتونات والنيوترونات (سحر مضاعف) ولكن وجد أنه قصير العمر ويضمحل بسرعة.  

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

تحت نموذج الصدفة القياسي لـ نووي البنية، ويعتقد أن البروتونات والنيوترونات تحتل الأصداف. هناك حد للعدد الأمثل من النيوكليونات (البروتونات أو النيوكليونات) التي يمكن استيعابها في "قشرة" معينة. تكون النوى مدمجة وأكثر استقرارًا عندما تمتلئ "الأغلفة" بالكامل "بأعداد محددة" من البروتونات أو النيوترونات. تسمى هذه "الأرقام المحددة" بالأرقام "السحرية".  

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

عندما يكون عدد البروتونات (Z) وعدد النيوترونات (N) في النواة متساويين في الأرقام "السحرية"، فإنها تعتبر حالة من السحر "المضاعف" المرتبط بالثبات. نووي بناء. على سبيل المثال، ¹⁶O، نظير الأكسجين الأكثر استقرارًا والأكثر وفرة له Z = 8 و N = 8 وهي أرقام "سحرية" وحالة من السحر المزدوج. وبالمثل، فإن النظير المكتشف مؤخرًا ²⁸O لديه Z=8 وN=20 وهي أرقام سحرية. ومن ثم، كان من المتوقع أن يكون الأكسجين-28 مستقرًا ولكن وجد أنه غير مستقر وقصير العمر في التجربة (على الرغم من أن هذه النتيجة التجريبية لم يتم التحقق من صحتها بعد في التجارب المتكررة في الإعدادات الأخرى).  

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

نموذج الصدفة القياسي لـ نووي البنية، فإن النظرية الحالية التي تشرح كيفية تركيب النوى الذرية تبدو غير كافية على الأقل في حالة ²⁸أيها النظير.  

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 

***