Aufgrund der Instabilität von Sauerstoff-28 sind seine Neutronen in den Schalen nicht richtig angeordnet. Maria Goeppert Mayer entdeckte Ende der 1940er Jahre, dass bestimmte Kerne – insbesondere solche mit 2, 8, 20, 28, 50 und 82 Protonen oder Neutronen – tendenziell stabiler sind als Isotope ähnlicher Zusammensetzung. Diese Erkenntnis nutzte er, um das Konzept der Kernhülle zu entwickeln, in der Elektronen, wie auch Protonen und Neutronen in Atomen, in unterschiedlichen Energieniveaus angeordnet sind.
Ähnlich wie Edelgase haben Isotope sogenannte magische Zahlen von Protonen, Neutronen oder beidem und gewinnen an Stabilität, indem sie die äußersten gefüllten Schalen haben, da der Übergang zur nächsten Schale viel Energie erfordert.
Jüngsten Forschungsergebnissen zufolge kann der magische Charakter einiger Nukleonenzahlen jedoch bei Kernen voller Neutronen schwanken. Der neueste Beweis wurde von einem Team unter der Leitung von Wissenschaftlern des Tokyo Institute of Technology erbracht, das zum ersten Mal Sauerstoff-28-Kerne erzeugte und vermaß. Obwohl die Doppelmagie acht Protonen und 20 Neutronen enthält, scheint der Kern schnell zu zerfallen und während seiner kurzen Existenz eine defekte äußere Neutronenhülle zu beherbergen.
28Um O zu produzieren und nachzuweisen, haben Forscher einen komplexen Versuchsaufbau in der RIKEN Radioactive Isotope Beam Factory in Wako, Japan, erstellt.
Durch die intensive Fokussierung eines Strahls neutronenreicher Kalziumkerne auf ein Target aus Beryllium werden alle bis auf ein zusätzliches Proton erzeugt. 28Sie schufen mehrere Typen, darunter Fluor-29, das mit O identisch ist.
Ekip 29Er trennte das F und leitete es in einen Pool aus flüssigem Wasserstoff, der gelegentlich Protonen eines der einströmenden Isotope freisetzte. 28Er hat es freigegeben, um es zu tun. Das Schwierigste war der Nachweis, dass das neutronenreiche Isotop tatsächlich vorhanden war. Dies gelang den Wissenschaftlern, indem sie hochentwickelte Detektoren verwendeten, um alle fünf erwarteten Zerfallsprodukte zu finden: vier Neutronen und ein zusätzliches 24Dieser Kern.
Im Experiment 28Es liegen kaum Belege für die Theorie vor, dass der vermeintliche doppelte magische Zustand von O zu einem Stabilitätsvorteil beiträgt.
Wissenschaftler 28Es wird angenommen, dass O eine vorübergehende Resonanz hat und schnell zwei Neutronenpaare emittiert. 26Es bildet sich schnell O, das relativ stabil, aber kurzlebig ist. 24Er glaubt, dass er zuschaut.
Darüber hinaus, um ihre Ansprüche zu untermauern, beide 28Er auch 29Mithilfe von F-Messungen argumentieren sie, dass einige der äußersten Neutronen des Sauerstoffkerns die Energielücke durchqueren und in eine andere Schale fließen, wodurch der von der Theorie vorhergesagte ordnungsgemäße Schalenschluss verhindert wird.
28Die Messungen müssen durch weitere Untersuchungen bestätigt werden, um die Kernstruktur von O zu bestimmen. Aber die RIKEN-Ergebnisse stimmen mit früheren Untersuchungen überein, die zeigen, dass magische Zahlen nicht unfehlbar sind. Obwohl sie etwas schwerer als Sauerstoff sind, scheinen Isotope von Elementen wie Neon und Magnesium keine geschlossenen Schalen zu haben, wenn sie mit 20 Neutronen beschossen werden. Darüber hinaus, 28Das letzte Nebenprodukt des Abbaus von O 24Es ist in der Lage, seine 16 Neutronen (eine Zahl, die man nicht für magisch hält) in eine geschlossene Valenzschale zu packen. Kernphysiker werden dank leistungsstarker Anlagen wie RIKEN und der bald zu bauenden Rare Isotope Beam Facility viele Möglichkeiten haben, andere Kerne voller Neutronen zu untersuchen.
Quelle: Physik heute
📩 17/09/2023 22:25