شکل جدیدی از اکسیژن کشف شد

ایزوتوپ فوق سنگین جدید اکسیژن که محققان به تازگی آنرا مشاهده کرده اند، تمام دانسته های قبلی ما را درمورد اعداد جادویی هسته اتم زیر سوال می برد.

ایزوتوپی از اکسیژن که به تازگی مشاهده شده است، تمام انتظارات ما درمورد نحوه ی رفتار این عنصر را به چالش می کشد. این ایزوتوپ، اکسیژن- ۲۸ است و بيش ترین تعداد نوترون مشاهده شده در هسته ی یک اتم اکسیژن را درخود جا می دهد. با وجود انتظار دانشمندان درخصوص پایداربودن اکسیژن- ۲۸، این ایزوتوپ به سرعت وامی پاشد و تمام دانسته های ما را درمورد اعداد جادویی موجود در هسته ی اتم، زیر سؤال می برد.

هسته ی 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 شود؛ اما تعداد نوترون ها می تواند متفاوت باشد. عناصر دارای تعداد متفاوت نوترون به عنوان ایزوتوپ شناخته می شوند. اکسیژن دارای ۸ پروتون است؛ ولی ممکن است تعداد نوترون های متفاوتی داشته باشد.

پیش ازاین بیشترین تعداد نوترون مشاهده شده ۱۸ بود و در ایزوتوپ اکسیژن- ۲۶ وجود داشت (۸ پروتون به اضافه ی ۱۸ نوترون، برابر با ۲۶ نوکلئون است). اکنون تیمی به رهبری یوسوکه کوندو، فیزیکدان هسته ای از موسسه ی فناوری توکیو در ژاپن، موفق به کشف دو ایزوتوپ جدید از اکسیژن شده اند که قبلا هرگز آن ها را ندیده بودیم:اکسیژن- ۲۷ و اکسیژن- ۲۸ که به ترتیب ۱۹ و ۲۰ نوترون دارند.

به گزارش ساینس آلرت، پژوهش اخیر محققان در کارخانه ی پرتو ایزوتوپ رادیواکتیو انجام شد. این مرکز شتاب دهنده ی حلقوی، برای تولید ایزوتوپ های ناپایدار طراحی شده است. تیم تحقیقاتی ابتدا پرتویی از ایزوتوپ های کلسیم- ۴۸ را به سمت هدف بریلیومی پرتاب کرد تا اتم های سبک تری مانند فلوئور- ۲۹ (ایزوتوپی از فلوئور با ۹ پروتون و ۲۰ نوترون) تولید کند. در مرحله ی بعد، فلوئور- ۲۹ پس از جداشدن، با هدفی از جنس هیدروژن مایع برخورد کرد تا یک پروتون را ازبین ببرد و اکسیژن- ۲۸ ایجاد کند.

تلاش محققان درعین موفقیت آمیزبودن، غافلگیرکننده بود. اکسیژن- ۲۷ و اکسیژن- ۲۸ هردو ناپایدار هستند و پیش از واپاشی به اکسیژن- ۲۴ و سه یا چهار نوترون آزاد، فقط برای یک لحظه دوام می آورند. این همان جایی است که داستان اکسیژن- ۲۸ جالب می شود.

هردو عدد ۸ و ۲۰، اعدادی جادویی برای پروتون ها و نوترون ها به شمار می روند و درواقع خاصیتی هستند که نشان می دهند اکسیژن- ۲۸ 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 ی هسته نام دارد، تاثیر می گذارند.

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

بیشتر اکسیژن روی زمین( ازجمله هوایی که تنفس می کنیم) شکل جادویی مضاعفی از اکسیژن یعنی اکسیژن- ۱۶ است. برای مدت زمان طولانی انتظار می رفت که اکسیژن- ۲۸، ایزوتوپ اکسیژن جادویی مضاعف بعد از اکسیژن- ۱۶ باشد؛ اما تلاش های قبلی برای یافتن آن کافی نبود.

جالب اینجاست که شواهد مبنی بر اینکه اکسیژن- ۲۴ ممکن است جادوی مضاعف باشد، در سال ۲۰۰۹ ظاهر شدند. این شواهد نشان می دادند که ممکن است ۱۶ هم عددی جادویی باشد. پژوهش کوندو و همکارانش می تواند توضیح قانع کننده ای برای این موضوع ارائه دهد. یافته های آنها درعین حال که نشان می دهد پوسته ی نوترونی پر نشده بود، این سوال را مطرح می کند که آیا ۲۰ هم می تواند عددی جادویی برای نوترون ها باشد یا خیر.

یافته های اخیر با پدیده ای تحت عنوان جزیره ی وارونگی برای ایزوتوپ های نئون، سدیم و منیزیم نیز سازگار به نظر می رسد؛ پدیده ای که در آن پوسته های ۲۰ نوترونی بسته نمی شوند. ظاهرا این موضوع به فلوئور- ۲۹ و اکسیژن- ۲۸ هم تعمیم پذیر است.

درک بیشتر پوسته ی نوترونی که به طرز عجیبی بسته نشده، مستلزم بررسی های بیشتر هسته توسط محققان در حالت برانگیخته و پرانرژی تر است. احتمالا روش های دیگری نیز برای تشکیل اکسیژن- ۲۸ وجود داشته باشد؛ اگرچه بررسی این موضوع کار بسیار دشواری است. درحال حاضر یافته های جذاب تیم تحقیقاتی نشان می‌دهند که هسته های جادویی مضاعف میتوانند بسیار پیچیده تر از چیزی باشند که پیش از این می دانستیم.

نتایج مطالعه در نشریه ی نیچر منتشر شده است.