Fizičari su po prvi put detektovali kisik-28 — izotop kisika koji ima 12 dodatnih neutrona upakovanih u svoju jezgru. Normalni atom kisika ima 8 protona i 8 neutrona u jezgru, ali ovaj izotop ima čak 20 neutrona.
Izotopi su varijante atoma istog elementa sa različitim brojem neutrona, ali istim brojem protona. Kako broj protona ostaje isti, tako i ovi atomi imaju istu poziciju u Periodnom sistemu, pa odatle i ime – izotop znači „na istom mjestu“.
Ovaj rijedak izotop, kisik-28 ili 28O, bio je predmet saradnje između istraživača iz 37 institucija na čelu s Tokyo Institute of Technology. Broj iza imena atoma odnosi se na nukleone – broj protona i neutrona koji su zajedno povezani u čestici atomske jezgre.
Rezultati njihova prvog istraživanja 28O, nedavno objavljeni 30. avgusta 2023. u časopisu Nature, odgovaraju na dugotrajno pitanje nuklearne fizike – mogu li se dobiti vezani izotopi u području nuklearne karte vrlo bogatom neutronima, gdje su nestabilnost i radioaktivnost norma? Drugim riječima, mogu li postojati atomi sa mnogo većim brojem neutrona od protona, sa velikom razlikom između broja ovih čestica.
U atomskoj jezgri 28O, 20 neutrona i osam protona međusobno djeluju putem jake nuklearne sile. Određeni brojevi nukleona pokazuju jaču energiju vezanja od drugih konfiguracija za stvaranje stabilnih, neradioaktivnih izotopa. Stoga ovi brojevi moraju biti “magični”, izraz koji je skovao fizičar Eugene Wigner kasnih 1950-ih.
Trenutne teorije tvrde da su atomske jezgre s određenim brojem protona i neutrona same po sebi stabilne. To je zato što protoni i neutroni ispunjavaju ‘ljuske’ u jezgri. Kada je ljuska ispunjena pravim brojem protona ili neutrona, postaje jako teško dodati ili oduzeti čestice. Ovo su ‘magični’ brojevi, a smatra se da uključuju 2, 8, 20, 28, 50, 82 i 126 čestica. Ako jezgra ima magični broj i neutrona i protona, ona postaje “dvostruko čarobna” – i stoga još stabilnija.
Najrasprostranjeniji oblik kisika, 16O, dvostruko je magičan zbog svojih osam protona i osam neutrona. Dugo se predviđalo da će kisik-28, s 8 protona i 20 neutrona, također biti dvostruko magičan. Ali fizičari to prije nisu uspjeli detektirati.
Ovaj poseban broj subatomskih čestica ispunjava protonske i neutronske “ljuske” u jezgri, što rezultuje jačim vezanjem od susjednih izotopa na nuklearnoj karti. S druge strane, 28O je vrlo bogat neutronima, što je stanje koje obično dovodi do nestabilnosti zbog slabijeg vezanja.
Naučnici su dugo predviđali da je ovaj izotop neobično stabilan. Ali početna promatranja jezgre 28O sugerišu da to nije slučaj: on se brzo raspada nakon stvaranja. Ako se rezultati budu mogli ponoviti, fizičari će možda morati ažurirati teorije o tome kako su atomske jezgre strukturirane.
