Fyrsta uppgötvun súrefnis 28 og venjulegt skel líkan af kjarnorkuuppbyggingu   

Súrefni-28 (²⁸O), þyngsta sjaldgæfa samsætan súrefnis hefur fundist í fyrsta skipti af japönskum vísindamönnum. Óvænt kom í ljós að það var skammvinnt og óstöðugt þrátt fyrir að uppfylla „töfra“ töluskilyrði kjarnorku stöðugleika.  

Súrefni hefur margar samsætur; allar hafa 8 róteindir (Z) í kjarna sínum en eru mismunandi hvað varðar fjölda nifteinda (N). Stöðugu samsæturnar eru ¹⁶O, ¹⁷O og ¹⁸O sem hafa 8, 9 og 10 nifteindir í kjarna sínum. Af þremur stöðugum samsætum, ¹⁶O er algengast og er um 99.74% af öllu súrefni sem finnst í náttúrunni. 

Nýlega uppgötvað ²⁸O samsæta hefur 8 róteindir (Z=8) og 20 nifteindir (N=20). Búist var við að það væri stöðugt vegna þess að það uppfyllir kröfuna um „töfratölu“ með tilliti til bæði róteinda og nifteinda (tvöfaldur galdur) en reyndist vera skammlífur og rotna fljótt.  

Hvað gerir kjarna atóms stöðugan? Hversu jákvætt hlaðnar róteindir og nifteindir haldast saman í kjarna atóms?  

Undir venjulegu skel-líkani af kjarnorku byggingu, róteindir og nifteindir eru taldar hernema skeljar. Það eru takmörk fyrir ákjósanlegan fjölda kjarna (róteinda eða kjarna) sem hægt er að hýsa tiltekna „skel“. Kjarnar eru þéttir og stöðugri þegar „skeljar“ eru fylltar að fullu af „tilteknum fjölda“ róteinda eða nifteinda. Þessar „ákveðnu tölur“ eru kallaðar „töfra“ tölur.  

Eins og er eru 2, 8, 20, 28, 50, 82 og 126 almennt álitnar „töfra“ tölur. 

Þegar bæði fjöldi róteinda (Z) og fjöldi nifteinda (N) í kjarna eru jafn „töfra“ tölur, er talið að um sé að ræða „tvöfaldur“ galdra sem tengist stöðugum kjarnorku uppbyggingu. Til dæmis, ¹⁶O, stöðugasta og algengasta samsætan af súrefni hefur Z=8 og N=8 sem eru „töfra“ tölur og dæmi um tvöfalda töfra. Á sama hátt, nýlega fundin samsæta ²⁸O hefur Z=8 og N=20 sem eru töfratölur. Þess vegna var búist við að súrefni-28 væri stöðugt en hefur reynst vera óstöðugt og skammvinnt í tilraun (þó enn eigi eftir að staðfesta þessa tilraunauppgötvun í endurteknum tilraunum í öðrum stillingum).  

Áður fyrr var talið að 32 væri ný töfranifteindatala en reyndist ekki vera töfratala í samsætum kalíums. 

Hefðbundið skel-líkan af kjarnorku uppbygging, núverandi kenning sem útskýrir hvernig atómkjarnar eru uppbyggðir virðast ófullnægjandi að minnsta kosti þegar um er að ræða ²⁸Ó samsæta.  

Kjarnanum (róteindir og nifteindir) er haldið saman í kjarnanum með miklum kjarnakrafti. Skilningur á kjarnorkustöðugleika og hvernig frumefni eru svikin felst í því að þróa betri skilning á þessum grundvallarafli.  

***

Tilvísanir:  

1. Tækniháskólinn í Tókýó. Rannsóknarfréttir - Kannaðu létt nifteindaríka kjarna: Fyrsta athugun á súrefni-28. Birt: 31. ágúst 2023. Fæst á https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Kondo, Y., Achouri, NL, Falou, HA et al. Fyrsta athugun á ²⁸O. Nature 620, 965–970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Orkumálaráðuneyti Bandaríkjanna 2021. Fréttir – Galdurinn er farinn fyrir nifteind númer 32. Fæst á https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG et al. Hleðsluradíur framandi kalíumsamsæta ögra kjarnakenningum og töfraeðli N = 32. Nat. Phys. 17, 439–443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***