Prima rilevazione dell'ossigeno 28 e modello a guscio standard della struttura nucleare   

Ossigeno-28 (²⁸O), il raro isotopo più pesante dell'ossigeno è stato rilevato per la prima volta da ricercatori giapponesi. Inaspettatamente si è scoperto che era di breve durata e instabile nonostante soddisfacesse i criteri del numero "magico" di nucleare stabilità.  

Oxygen ha molti isotopi; hanno tutti 8 protoni (Z) nel nucleo ma differiscono per il numero di neutroni (N). Gli isotopi stabili sono ¹⁶O, ¹⁷O e ¹⁸O che hanno rispettivamente 8, 9 e 10 neutroni nei loro nuclei. Dei tre isotopi stabili, ¹⁶L'O è il più abbondante e costituisce circa il 99.74% di tutto l'ossigeno presente in natura. 

Rilevato di recente ²⁸L'isotopo O ha 8 protoni (Z=8) e 20 neutroni (N=20). Ci si aspettava che fosse stabile perché soddisfa il requisito del numero “magico” per quanto riguarda sia i protoni che i neutroni (doppiamente magici), ma si è scoperto che aveva vita breve e decadeva rapidamente.  

Cosa rende stabile il nucleo di un atomo? Come sono tenuti insieme i protoni e i neutroni con carica positiva nel nucleo di un atomo?  

Sotto il modello a conchiglia standard di nucleare struttura, si pensa che protoni e neutroni occupino i gusci. Esiste un limite al numero ottimale di nucleoni (protoni o nucleoni) che possono essere ospitati in un dato "guscio". I nuclei sono compatti e più stabili quando i “gusci” sono completamente riempiti con un “numero specifico” di protoni o neutroni. Questi “numeri specifici” sono chiamati numeri “magici”.  

Attualmente, 2, 8, 20, 28, 50, 82 e 126 sono generalmente considerati numeri “magici”. 

Quando sia il numero di protoni (Z) che il numero di neutroni (N) in un nucleo sono uguali ai numeri “magici”, è considerato un caso di “doppia” magia che è associata a stabilità nucleare struttura. Per esempio, ¹⁶O, l'isotopo più stabile e più abbondante dell'ossigeno ha Z=8 e N=8 che sono numeri “magici” e un caso doppiamente magico. Allo stesso modo, l'isotopo rilevato di recente ²⁸O ha Z=8 e N=20 che sono numeri magici. Pertanto, ci si aspettava che l'ossigeno-28 fosse stabile, ma in un esperimento si è scoperto che era instabile e di breve durata (sebbene questo risultato sperimentale debba ancora essere convalidato in esperimenti ripetuti in altri contesti).  

In precedenza, 32 era stato suggerito come il nuovo numero magico di neutroni, ma non si è scoperto che fosse un numero magico negli isotopi del potassio. 

Modello a conchiglia standard di nucleare struttura, l'attuale teoria che spiega come sono strutturati i nuclei atomici sembra insufficiente, almeno nel caso di ²⁸O isotopo.  

I nucleoni (protoni e neutroni) sono tenuti insieme nel nucleo dalla forza nucleare forte. La comprensione della stabilità nucleare e del modo in cui gli elementi vengono forgiati dipende dallo sviluppo di una migliore comprensione di questa forza fondamentale.  

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Riferimenti:  

1. Istituto di tecnologia di Tokio. Notizie dalla ricerca – Esplorazione di nuclei leggeri ricchi di neutroni: prima osservazione dell'ossigeno-28. Pubblicato: 31 agosto 2023. Disponibile su https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Kondo, Y., Achouri, NL, Falou, HA et al. Prima osservazione di ²⁸O. Nature 620, 965-970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti 2021. Notizie - La magia è finita per il neutrone numero 32. Disponibile su https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG et al. I raggi di carica degli isotopi esotici del potassio sfidano la teoria nucleare e il carattere magico dell'energia N = 32. Naz. Fis. 17, 439-443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

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