การตรวจจับออกซิเจน 28 ครั้งแรกและแบบจำลองเปลือกมาตรฐานของโครงสร้างนิวเคลียร์   

ออกซิเจน-28 (²⁸O) นักวิจัยชาวญี่ปุ่นตรวจพบไอโซโทปออกซิเจนที่หายากที่สุดเป็นครั้งแรก โดยไม่คาดคิดพบว่ามีอายุสั้นและไม่เสถียรแม้ว่าจะผ่านเกณฑ์จำนวน "เวทมนตร์" ก็ตาม นิวเคลียร์ ความมั่นคง  

ออกซิเจน มีไอโซโทปมากมาย ล้วนมีโปรตอน (Z) 8 ตัวในนิวเคลียส แต่ต่างกันตามจำนวนนิวตรอน (N) ไอโซโทปเสถียรได้แก่ ¹⁶O, ¹⁷ตและ ¹⁸O ซึ่งมีนิวตรอน 8, 9 และ 10 ในนิวเคลียสตามลำดับ ไอโซโทปเสถียรทั้งสามชนิด ได้แก่ ¹⁶O มีมากที่สุดคิดเป็นประมาณ 99.74% ของออกซิเจนทั้งหมดที่พบในธรรมชาติ 

ตรวจพบล่าสุด ²⁸O ไอโซโทปมี 8 โปรตอน (Z=8) และ 20 นิวตรอน (N=20) คาดว่าจะมีเสถียรภาพเนื่องจากเป็นไปตามข้อกำหนดของเลข “เวทมนตร์” ในส่วนของโปรตอนและนิวตรอน (เวทมนตร์ทวีคูณ) แต่พบว่ามีอายุสั้นและสลายตัวอย่างรวดเร็ว  

อะไรทำให้นิวเคลียสของอะตอมมีเสถียรภาพ? โปรตอนและนิวตรอนที่มีประจุบวกรวมตัวกันอยู่ในนิวเคลียสของอะตอมอย่างไร  

ภายใต้มาตรฐานเชลล์รุ่นของ นิวเคลียร์ คาดว่าโครงสร้าง โปรตอน และนิวตรอนจะครอบครองเปลือก มีการจำกัดจำนวนนิวคลีออนที่เหมาะสมที่สุด (โปรตอนหรือนิวคลีออน) ที่สามารถรองรับ "เปลือก" ที่กำหนดได้ นิวเคลียสจะมีขนาดกะทัดรัดและมีเสถียรภาพมากขึ้นเมื่อ "เปลือก" เต็มด้วย "จำนวนเฉพาะ" ของโปรตอนหรือนิวตรอน “ตัวเลขเฉพาะ” เหล่านี้เรียกว่า “ตัวเลขมหัศจรรย์”  

ปัจจุบัน 2, 8, 20, 28, 50, 82 และ 126 โดยทั่วไปถือเป็นตัวเลข “มหัศจรรย์” 

เมื่อจำนวนโปรตอน (Z) และจำนวนนิวตรอน (N) ในนิวเคลียสเท่ากันกับจำนวน “เวทมนตร์” จะถือว่าเป็นกรณีของเวทมนตร์ “ทวีคูณ” ซึ่งสัมพันธ์กับความเสถียร นิวเคลียร์ โครงสร้าง. ตัวอย่างเช่น, ¹⁶O ไอโซโทปออกซิเจนที่เสถียรที่สุดและมีมากที่สุดจะมี Z=8 และ N=8 ซึ่งเป็นตัวเลข “เวทมนตร์” และเป็นกรณีของเวทมนตร์ทวีคูณ ในทำนองเดียวกัน ไอโซโทปที่ตรวจพบเมื่อเร็วๆ นี้ ²⁸O มี Z=8 และ N=20 ซึ่งเป็นตัวเลขมหัศจรรย์ ดังนั้น ออกซิเจน-28 คาดว่าจะเสถียร แต่พบว่าไม่เสถียรและมีอายุสั้นในการทดลอง (แม้ว่าการค้นพบจากการทดลองนี้ยังไม่ได้รับการตรวจสอบความถูกต้องในการทดลองซ้ำในสภาพแวดล้อมอื่นๆ ก็ตาม)  

ก่อนหน้านี้ 32 ได้รับการเสนอให้เป็นเลขเมจิกนิวตรอนใหม่ แต่ไม่พบว่าเป็นเลขเมจิกในไอโซโทปของโพแทสเซียม 

เชลล์รุ่นมาตรฐานของ นิวเคลียร์ โครงสร้าง ทฤษฎีปัจจุบันที่อธิบายว่านิวเคลียสของอะตอมมีโครงสร้างอย่างไรดูเหมือนจะไม่เพียงพออย่างน้อยในกรณีของ ²⁸O ไอโซโทป  

นิวคลีออน (โปรตอนและนิวตรอน) ถูกยึดเข้าด้วยกันในนิวเคลียสด้วยแรงนิวเคลียร์อย่างแรง ความเข้าใจเกี่ยวกับเสถียรภาพทางนิวเคลียร์และวิธีการหล่อหลอมองค์ประกอบต่างๆ อยู่ที่การพัฒนาความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับพลังพื้นฐานนี้  

***

อ้างอิง:  

1. สถาบันเทคโนโลยีโตเกียว. ข่าวการวิจัย – การสำรวจนิวเคลียสที่อุดมด้วยนิวตรอนแสง: การสังเกตครั้งแรกของออกซิเจน-28 เผยแพร่: 31 สิงหาคม 2023 มีจำหน่ายที่ https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. คอนโด, วาย., อาชูริ, NL, ฟาลู, HA เอตอัล การสังเกตครั้งแรกของ ²⁸O. ธรรมชาติ 620, 965–970 (2023) https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาปี 2021 ข่าว – The Magic Is Gone for Neutron Number 32 มีวางจำหน่ายที่ https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. คอสโซรุส, Á., หยาง, XF, เจียง, WG เอตอัล รัศมีประจุของไอโซโทปโพแทสเซียมที่แปลกใหม่ท้าทายทฤษฎีนิวเคลียร์และลักษณะมหัศจรรย์ของ N = 32. แนท. สรีรวิทยา 17, 439–443 (2021) https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

***