W najnowszym artykule naukowym opublikowanym na łamach periodyku Nature zespół fizyków opisał odkrycie nowego izotopu tlenu i jego zaskakujące i niespodziewane właściwości.
Mowa o tlenie-28, który jest izotopem z największą liczbą neutronów, jaką dotychczas obserwowano w atomie tlenu. Jądro każdego atomu składa się z protonów i neutronów. O ile sam pierwiastek definiowany jest przez liczbę protonów, o tyle liczba neutronów w danym pierwiastku może się już różnić. Atomy tego samego pierwiastka o różnej liczbie neutronów to izotopy.
Tlen posiada w swoim jądrze 8 protonów, jednak naukowcy znają już izotopy, w których oprócz 8 protonów znajduje się 18 neutronów (czyli tlen-26). Teraz to się jednak zmieniło, dzięki badaniom przeprowadzonym przez zespół pracujący pod kierownictwem Yosuke Kondo z tokijskiego Instytutu Technologicznego. Naukowcom udało się bowiem odkryć dwa nowe izotopy tlenu: tlen-27 i tlen-28, które posiadają odpowiednio 19 i 20 neutronów.
Czytaj także: Piorun a tlen singletowy – co je łączy? Po 50 latach niepewności, naukowcy w końcu poznali prawdę
Aby stworzyć nowe izotopy, naukowcy wystrzelili strumień izotopów wapnia-48 w stronę berylu, wytwarzając w ten sposób fluor-29. Ten konkretny pierwiastek ma 9 protonów i 20 neutronów. Następnie, fluor-29 wystrzelono w kierunku ciekłego wodoru w celu wybicia jednego protonu. Kiedy liczba protonów spadła do 8, pojawił się tlen-28, posiadający aż 20 neutronów. Do przeprowadzenia tego eksperymentu wykorzystano akcelerator cyklotronowy RIKEN Radioactive Isotope Beam Factory, który na co dzień wykorzystywany jest do wytwarzania niestabilnych izotopów.
Co ciekawe, naukowcy zauważyli, że oprócz tlenu-28, pojawił się także tlen-27. Obydwa izotopy okazały się bardzo niestabilne i po chwili uległy rozpadowi w tlen-24 i 3-4 wolne neutrony.
Czytaj także: Naukowcy stworzyli nowy izotop uranu. Uran-214 jest rekordowo lekki i wydajny
Tu jednak pojawiła się pewna zagadka. Zarówno 8, jak i 20 to tak zwane magiczne liczby dla protonów i neutronów (inne liczby magiczne to 2, 28, 50, 82, 126 i 184 dla neutronów). To z kolei oznacza, że pierwiastek posiadający 8 protonów i 20 neutronów powinien pozostać stabilny. Oznacza to bowiem, że neutrony wypełniają całą powłokę. Przykładem może być tutaj powszechnie występujący tlen-16, którym oddychamy. Znajdziemy w nim 8 protonów i 8 neutronów — wszystkie powłoki są wypełnione i izotop jest stabilny. Tlen-28 jednak jakimś cudem tej reguły nie spełnia.
Badacze podejrzewają, że wbrew założeniom powłoka neutronowa nie została w tym przypadku wypełniona. Powstaje zatem pytanie, czy 20 jest faktycznie magiczną liczbą dla neutronów. Co więcej, taki sam problem dotyczy izotopów neonu, sodu i magnezu, gdzie 20 także nie wypełnia całkowicie powłoki neutronowej. To samo zresztą dotyczy fluoru-29 wykorzystywanego w tym eksperymencie, który także posiada 20 neutronów.
Na wyjaśnienie tej zagadki będziemy musieli jednak jeszcze trochę poczekać do czasu, kiedy to naukowcy będą w stanie zbadać jądro atomu we wzbudzonym stanie. Tak czy inaczej, wychodzi na to, że magiczne liczby dla protonów i neutronów nie są takie jednoznaczne, jak się dotychczas wydawało.