זיהוי ראשון של חמצן 28 ודגם פגז סטנדרטי של מבנה גרעיני   

חמצן-28 (²⁸O), האיזוטופ הנדיר הכבד ביותר של חמצן זוהה לראשונה על ידי חוקרים יפנים. באופן בלתי צפוי הוא נמצא קצר מועד ולא יציב למרות עמידה בקריטריונים של מספר "קסם" של גַרעִינִי יציבות.  

חמצן בעל איזוטופים רבים; לכולם יש 8 פרוטונים (Z) בגרעיניהם אך שונים זה מזה מבחינת מספר הנייטרונים (N). האיזוטופים היציבים הם ¹⁶O, ¹⁷O ו- ¹⁸O שיש להם 8, 9 ו-10 נויטרונים בגרעינים שלהם בהתאמה. מבין שלושת האיזוטופים היציבים, ¹⁶O הוא הנפוץ ביותר המהווה כ-99.74% מכלל החמצן המצוי בטבע. 

זוהה לאחרונה ²⁸לאיזוטופ O יש 8 פרוטונים (Z=8) ו-20 נויטרונים (N=20). הוא היה צפוי להיות יציב מכיוון שהוא עונה על הדרישה של מספר "קסם" לגבי פרוטונים ונייטרונים (קסם כפול) אך נמצא כקצר מועד ומתכלה במהירות.  

מה הופך את גרעין האטום ליציב? כיצד פרוטונים וניוטרונים בעלי מטען חיובי מוחזקים יחד בגרעין האטום?  

תחת דגם מעטפת סטנדרטי של גַרעִינִי מבנה, פרוטונים וניטרונים נחשבים ככובשים קונכיות. יש הגבלה על מספר אופטימלי של נוקלונים (פרוטונים או נוקלונים) שניתן להכיל "קליפה" נתונה. הגרעינים הם קומפקטיים ויציבים יותר כאשר "קונכיות" מלאות במלואן ב"מספרים ספציפיים" של פרוטונים או נויטרונים. "המספרים הספציפיים" הללו נקראים מספרי "קסם".  

נכון לעכשיו, 2, 8, 20, 28, 50, 82 ו-126 נחשבים בדרך כלל למספרים "קסמים". 

כאשר גם מספר הפרוטונים (Z) וגם מספר הנייטרונים (N) בגרעין שווים למספרים "קסמים", זה נחשב למקרה של קסם "כפול" הקשור ליציבות גַרעִינִי מִבְנֶה. לדוגמה, ¹⁶הו, לאיזוטופ הכי יציב והכי שופע של חמצן יש Z=8 ו-N=8 שהם מספרים "קסמים" ומקרה של קסם כפול. באופן דומה, האיזוטופ שזוהה לאחרונה ²⁸ל-O יש Z=8 ו-N=20 שהם מספרי קסם. לפיכך, Oxygen-28 היה צפוי להיות יציב אך נמצא כלא יציב וקצר מועד בניסוי (אם כי ממצא ניסיוני זה עדיין לא אושר בניסויים חוזרים בהגדרות האחרות).  

קודם לכן, 32 הוצע כמספר נויטרונים קסום חדש, אך לא נמצא כמספר קסם באיזוטופים של אשלגן. 

דגם מעטפת סטנדרטי של גַרעִינִי מבנה, נראה שהתיאוריה הנוכחית שמסבירה כיצד בנויים גרעיני אטום לא מספיקה לפחות במקרה של ²⁸הו איזוטופ.  

הנוקלונים (פרוטונים וניוטרונים) מוחזקים יחד בגרעין בכוח גרעיני חזק. ההבנה של יציבות גרעינית וכיצד מחוללים אלמנטים טמונה בפיתוח הבנה טובה יותר של כוח יסוד זה.  

***

הפניות:  

1. המכון הטכנולוגי של טוקיו. חדשות מחקר - חקר גרעינים עשירים בניוטרונים קלים: תצפית ראשונה על חמצן-28. פורסם: 31 באוגוסט 2023. זמין ב https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Kondo, Y., Achuri, NL, Falou, HA et al. התבוננות ראשונה של ²⁸O. טבע 620, 965-970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. משרד האנרגיה האמריקאי 2021. חדשות - הקסם נעלם עבור ניוטרון מספר 32. זמין בכתובת https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG et al. רדיוסי המטען של איזוטופים אקזוטיים של אשלגן מאתגרים את התיאוריה הגרעינית ואת אופי הקסם של N = 32. נאט. פיז. 17, 439-443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***