کشف شکل تازه اکسیژن دانشمندان را حیرت زده کرد - مجله انجمن دعوت

ایزوتوپی از اکسیژن که به تازگی مشاهده شده است، تمام انتظارات ما درمورد نحوه رفتار این عنصر را به چالش می کشد. این ایزوتوپ، اکسیژن-28 است و بیشترین تعداد نوترون مشاهده شده در هسته یک اتم اکسیژن را درخود جا می دهد. با وجود انتظار دانشمندان درخصوص پایداربودن اکسیژن-28، این ایزوتوپ به سرعت وامی پاشد و تمام دانسته های ما را درمورد اعداد جادویی موجود در هسته اتم، زیر سؤال می برد.

هسته اتم حاوی ذرات زیراتمی به نام نوکلئون است که از پروتون و نوترون تشکیل شده اند. عدد اتمی یک عنصر، با تعداد پروتون هایی که دارد تعریف می گردد؛ اما تعداد نوترون ها می تواند متفاوت باشد. عناصر دارای تعداد متفاوت نوترون به عنوان ایزوتوپ شناخته می شوند. اکسیژن دارای 8 پروتون است؛ ولی ممکن است تعداد نوترون های متفاوتی داشته باشد.

پیش ازاین بیشترین تعداد نوترون مشاهده شده 18 بود و در ایزوتوپ اکسیژن-26 وجود داشت (8 پروتون به اضافه 18 نوترون، برابر با 26 نوکلئون است). اکنون تیمی به رهبری یوسوکه کوندو، فیزیکدان هسته ای از موسسه فناوری توکیو در ژاپن، پیروز به کشف دو ایزوتوپ تازه از اکسیژن شده اند که قبلا هرگز آن ها را ندیده بودیم: اکسیژن-27 و اکسیژن-28 که به ترتیب 19 و 20 نوترون دارند.

به گزارش ساینس آلرت، پژوهش اخیر محققان در کارخانه پرتو ایزوتوپ رادیواکتیو انجام شد. این مرکز شتاب دهنده حلقوی، برای فراوری ایزوتوپ های ناپایدار طراحی شده است. تیم تحقیقاتی ابتدا پرتویی از ایزوتوپ های کلسیم-48 را به سمت هدف بریلیومی پرتاب کرد تا اتم های سبک تری مانند فلوئور-29 (ایزوتوپی از فلوئور با 9 پروتون و 20 نوترون) فراوری کند. در مرحله بعد، فلوئور-29 پس از جداشدن، با هدفی از جنس هیدروژن مایع برخورد کرد تا یک پروتون را ازبین ببرد و اکسیژن-28 ایجاد کند.

تصویری از مراحل آزمایش محققان

کوشش محققان درعین پیروزیت آمیزبودن، غافلگیرنماینده بود. اکسیژن-27 و اکسیژن-28 هردو ناپایدار هستند و پیش از واپاشی به اکسیژن-24 و سه یا چهار نوترون آزاد، فقط برای یک لحظه دوام می آورند. این همان جایی است که داستان اکسیژن-28 جالب می گردد.

هردو عدد 8 و 20، اعدادی جادویی برای پروتون ها و نوترون ها به شمار می روند و درواقع خاصیتی هستند که نشان می دهند اکسیژن-28 باید پایدار باشد. تعداد کل هرکدام به این بستگی دارد که نوکلئون های اضافه شده چگونه روی پایداری سهمیه های پروتون و نوترون که پوسته هسته نام دارد، تاثیر می گذارند.

تعداد نوکلئون های پرنماینده هسته، عدد جادویی نامیده می گردد

عدد جادویی در فیزیک هسته ای، تعداد نوکلئون هایی است که به طور کامل یک هسته را پر می نمایند و باعث می شوند تا هر پوسته تازه، با شکاف انرژی گسترده، از پوسته قبلی متمایز گردد. یک هسته اتمی با پوسته های نوترون و پروتون که هریک اعداد جادویی مربوط به خود را دارند، به عنوان جادوی مضاعف شناخته می گردد و انتظار می رود که پایداری بسیار زیادی داشته باشد.

بیشتر اکسیژن روی زمین (ازجمله هوایی که تنفس می کنیم) شکل جادویی مضاعفی از اکسیژن یعنی اکسیژن-16 است. برای مدت زمان طولانی انتظار می رفت که اکسیژن-28، ایزوتوپ اکسیژن جادویی مضاعف بعد از اکسیژن-16 باشد؛ اما کوشش های قبلی برای یافتن آن کافی نبود.

جالب اینجاست که شواهد مبنی بر اینکه اکسیژن-24 ممکن است جادوی مضاعف باشد، در سال 2009 ظاهر شدند. این شواهد نشان می دادند که ممکن است 16 هم عددی جادویی باشد. پژوهش کوندو و همکارانش می تواند شرح قانع نماینده ای برای این موضوع ارائه دهد. یافته های آن ها درعین حال که نشان می دهد پوسته نوترونی پر نشده بود، این سوال را مطرح می نماید که آیا 20 هم می تواند عددی جادویی برای نوترون ها باشد یا خیر.

یافته های اخیر با پدیده ای تحت عنوان جزیره وارونگی برای ایزوتوپ های نئون، سدیم و منیزیم نیز سازگار به نظر می رسد؛ پدیده ای که در آن پوسته های 20 نوترونی بسته نمی شوند. ظاهرا این موضوع به فلوئور-29 و اکسیژن-28 هم تعمیم پذیر است.

درک بیشتر پوسته نوترونی که به طرز عجیبی بسته نشده، مستلزم آنالیز های بیشتر هسته به وسیله محققان در حالت برانگیخته و پرانرژی تر است. احتمالا روش های دیگری نیز برای تشکیل اکسیژن-28 وجود داشته باشد؛ اگرچه آنالیز این موضوع کار بسیار دشواری است. درحال حاضر یافته های مجذوب کننده تیم تحقیقاتی نشان می دهند که هسته های جادویی مضاعف می توانند بسیار پیچیده تر از چیزی باشند که پیش از این می دانستیم.

5858