Erster Nachweis von Sauerstoff 28 und Standardschalenmodell der Kernstruktur   

Sauerstoff-28 (²⁸O), the heaviest rare isotope of oxygen has been detected for the first time by Japanese researchers. Unexpectedly it was found to be short-lived and unstable despite meeting the “magic” number criteria of Kernenergie Stabilität.  

Sauerstoff hat viele Isotope; alle haben 8 Protonen (Z) in ihren Kernen, unterscheiden sich aber hinsichtlich der Anzahl der Neutronen (N). Die stabilen Isotope sind ¹⁶O, ¹⁷O und ¹⁸O, die jeweils 8, 9 und 10 Neutronen in ihren Kernen haben. Von den drei stabilen Isotopen ¹⁶O kommt am häufigsten vor und macht etwa 99.74 % des gesamten in der Natur vorkommenden Sauerstoffs aus. 

Kürzlich entdeckt ²⁸Das O-Isotop hat 8 Protonen (Z=8) und 20 Neutronen (N=20). Es wurde erwartet, dass es stabil ist, da es die Anforderungen einer „magischen“ Zahl sowohl in Bezug auf Protonen als auch in Bezug auf Neutronen (doppelt magisch) erfüllt, es wurde jedoch festgestellt, dass es nur von kurzer Dauer ist und schnell zerfällt.  

Was macht den Atomkern stabil? Wie werden positiv geladene Protonen und Neutronen im Atomkern zusammengehalten?  

Under standard shell-model of Kernenergie structure, protons and neutrons are thought to occupy shells. There is a limit on optimal number of nucleons (protons or nucleons) that can be accommodated a given “shell”. Nuclei are compact and more stable when “shells” are fully filled with a “specific numbers” of protons or neutrons. These “specific numbers” are called “magic” numbers.  

Derzeit gelten 2, 8, 20, 28, 50, 82 und 126 allgemein als „magische“ Zahlen. 

When both number of protons (Z) and number of neutrons (N) in a nucleus equal “magic” numbers, its considered to be a case of “doubly” magic which is associated with stable Kernenergie structure. For example, ¹⁶O, das stabilste und am häufigsten vorkommende Sauerstoffisotop, hat Z=8 und N=8, was „magische“ Zahlen und ein Fall doppelter Magie sind. Ebenso das kürzlich entdeckte Isotop ²⁸O hat Z=8 und N=20, was magische Zahlen sind. Daher wurde erwartet, dass Sauerstoff-28 stabil ist, in einem Experiment wurde jedoch festgestellt, dass es instabil und kurzlebig ist (obwohl dieser experimentelle Befund noch in wiederholten Experimenten in anderen Umgebungen validiert werden muss).  

Früher wurde angenommen, dass 32 eine neue magische Neutronenzahl ist, es wurde jedoch nicht festgestellt, dass es sich bei Kaliumisotopen um eine magische Zahl handelt. 

Standard shell-model of Kernenergie structure, the current theory explaining how atomic nuclei are structured seem to insufficient at least in the case of ²⁸O Isotop.  

Die Nukleonen (Protonen und Neutronen) werden im Kern durch starke Kernkräfte zusammengehalten. Das Verständnis der nuklearen Stabilität und der Entstehung von Elementen beruht auf der Entwicklung eines besseren Verständnisses dieser grundlegenden Kraft.  

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References:  

1. Tokioter Institut für Technologie. Forschungsnachrichten – Erforschung leichter neutronenreicher Kerne: Erste Beobachtung von Sauerstoff-28. Veröffentlicht: 31. August 2023. Verfügbar unter https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Kondo, Y., Achouri, NL, Falou, HA et al. Erste Beobachtung von ²⁸O. Natur 620, 965 & ndash; 970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. US-Energieministerium 2021. Nachrichten – Die Magie für Neutron Nummer 32 ist vorbei. Verfügbar unter https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG et al. Ladungsradien exotischer Kaliumisotope stellen die Kerntheorie und den magischen Charakter davon in Frage N = 32. Nat. Physik. 17, 439 & ndash; 443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

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