Fyrsta uppgötvun súrefnis 28 og venjulegt skel líkan af kjarnorkuuppbyggingu   

Súrefni-28 (²⁸O), the heaviest rare isotope of oxygen has been detected for the first time by Japanese researchers. Unexpectedly it was found to be short-lived and unstable despite meeting the “magic” number criteria of 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?  

Under standard shell-model of kjarnorku structure, protons and neutrons are thought to occupy shells. There is a limit on optimal number of nucleons (protons or nucleons) that can be accommodated a given “shell”. Nuclei are compact and more stable when “shells” are fully filled with a “specific numbers” of protons or neutrons. These “specific numbers” are called “magic” numbers.  

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

When both number of protons (Z) and number of neutrons (N) in a nucleus equal “magic” numbers, its considered to be a case of “doubly” magic which is associated with stable kjarnorku structure. For example, 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. 

Standard shell-model of kjarnorku structure, the current theory explaining how atomic nuclei are structured seem to insufficient at least in the case of 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 

***