Eerste opsporing van suurstof 28 & Standaard dop-model van kernstruktuur   

Suurstof-28 (²⁸O), die swaarste skaars isotoop van suurstof is vir die eerste keer deur Japannese navorsers opgespoor. Onverwags is gevind dat dit kortstondig en onstabiel is, ondanks die voldoening aan die "magiese" getalkriteria van kern stabiliteit.  

Suurstof het baie isotope; almal het 8 protone (Z) in hul kerne maar verskil met betrekking tot aantal neutrone (N). Die stabiele isotope is ¹⁶O, ¹⁷O en ¹⁸O wat onderskeidelik 8, 9 en 10 neutrone in hul kerne het. Van die drie stabiele isotope, ¹⁶O is die volopste en vorm ongeveer 99.74% van alle suurstof wat in die natuur voorkom. 

Onlangs bespeur ²⁸O-isotoop het 8 protone (Z=8) en 20 neutrone (N=20). Daar is verwag dat dit stabiel sou wees omdat dit voldoen aan die vereiste van "magiese" getal met betrekking tot beide protone en neutrone (dubbelmagie), maar gevind is dat dit kortstondig is en vinnig verval.  

Wat maak die kern van 'n atoom stabiel? Hoe positief gelaaide protone en neutrone word in 'n atoom se kern bymekaar gehou?  

Onder standaard dop-model van kern struktuur, protone en neutrone word vermoedelik skulpe beset. Daar is 'n beperking op die optimale aantal nukleone (protone of nukleone) wat 'n gegewe "dop" geakkommodeer kan word. Kerne is kompak en meer stabiel wanneer "skulpe" volledig gevul is met 'n "spesifieke aantal" protone of neutrone. Hierdie "spesifieke getalle" word "magiese" getalle genoem.  

Tans word 2, 8, 20, 28, 50, 82 en 126 oor die algemeen as "magiese" getalle beskou. 

Wanneer beide die aantal protone (Z) en die aantal neutrone (N) in 'n kern gelyk is aan "magiese" getalle, word dit beskou as 'n geval van "dubbel" magie wat geassosieer word met stabiele kern struktuur. Byvoorbeeld, ¹⁶O, die mees stabiele en volopste isotoop van suurstof het Z=8 en N=8 wat "magiese" getalle is en 'n geval van dubbele magie. Net so, die onlangs bespeurde isotoop ²⁸O het Z=8 en N=20 wat magiese getalle is. Daarom is verwag dat Suurstof-28 stabiel sou wees, maar daar is gevind dat dit onstabiel en kortstondig in 'n eksperiment is (hoewel hierdie eksperimentele bevinding nog in herhaalde eksperimente in die ander omgewings bekragtig moet word).  

Vroeër is voorgestel dat 32 'n nuwe magiese neutrongetal is, maar daar is nie gevind dat dit 'n towergetal in isotope van kalium is nie. 

Standaard dop-model van kern struktuur, blyk die huidige teorie wat verduidelik hoe atoomkerne gestruktureer is onvoldoende ten minste in die geval van ²⁸O isotoop.  

Die nukleone (protone en neutrone) word deur sterk kernkrag in die kern bymekaar gehou. Begrip van kernstabiliteit en hoe elemente gesmee word, lê in die ontwikkeling van beter begrip van hierdie fundamentele krag.  

***

Verwysings:  

1. Tokyo Institute of Technology. Navorsingsnuus – Verken ligte neutronryke kerne: eerste waarneming van suurstof-28. Gepubliseer: 31 Augustus 2023. Beskikbaar by https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Kondo, Y., Achouri, NL, Falou, HA et al. Eerste waarneming van ²⁸O. Aard 620, 965–970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Amerikaanse departement van energie 2021. Nuus – The Magic Is Gone for Neutron Number 32. Beskikbaar by https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG et al. Ladingsradiusse van eksotiese kaliumisotope daag kernteorie en die magiese karakter van uit N = 32. Nat. Fis. 17, 439–443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***