شکل تازه اکسیژن دانشمندان را غافلگیر کرد

به گزارش«اطلاعات آنلاین» به نقل از زومیت ایزوتوپی از اکسیژن به‌تازگی مشاهده شده که تمام انتظارات دانشمندان درمورد نحوه‌ رفتار این عنصر را به چالش می‌کشد.

این ایزوتوپ، اکسیژن-۲۸ است و بیشترین تعداد نوترون مشاهده‌ شده در هسته‌ی یک اتم اکسیژن را درخود جا می‌دهد. با وجود انتظار دانشمندان درخصوص پایداربودن اکسیژن-۲۸، این ایزوتوپ به‌سرعت وامی‌پاشد و تمام دانسته‌های ما را درمورد اعداد جادویی موجود در هسته‌ی اتم، زیر سؤال می‌برد.

هسته‌ اتم حاوی ذرات زیراتمی به‌نام «نوکلئون» است که از پروتون و نوترون تشکیل شده‌اند. عدد اتمی یک عنصر، با تعداد پروتون‌هایی که دارد تعریف می‌شود؛ اما تعداد نوترون‌ها می‌تواند متفاوت باشد. عناصر دارای تعداد متفاوت نوترون به‌عنوان ایزوتوپ شناخته می‌شوند. اکسیژن دارای ۸ پروتون است؛ ولی ممکن است تعداد نوترون‌های متفاوتی داشته باشد.

پیش‌ازاین بیشترین تعداد نوترون مشاهده‌شده ۱۸ بود و در ایزوتوپ اکسیژن-۲۶ وجود داشت (۸ پروتون به‌اضافه‌ی ۱۸ نوترون، برابر با ۲۶ نوکلئون است). اکنون تیمی به رهبری یوسوکه کوندو، فیزیکدان هسته‌ای از موسسه‌ی فناوری توکیو در ژاپن، موفق به کشف دو ایزوتوپ جدید از اکسیژن شده‌اند که قبلا هرگز آن‌ها را ندیده بودیم: اکسیژن-۲۷ و اکسیژن-۲۸ که به‌ترتیب ۱۹ و ۲۰ نوترون دارند.

پژوهش اخیر محققان در کارخانه‌ی پرتو ایزوتوپ رادیواکتیو انجام شد. این مرکز شتاب‌دهنده‌ی حلقوی، برای تولید ایزوتوپ‌های ناپایدار طراحی شده است. تیم تحقیقاتی ابتدا پرتویی از ایزوتوپ‌های کلسیم-۴۸ را به‌سمت هدف بریلیومی پرتاب کرد تا اتم‌های سبک‌تری مانند فلوئور-۲۹ (ایزوتوپی از فلوئور با ۹ پروتون و ۲۰ نوترون) تولید کند. در مرحله‌ی بعد، فلوئور-۲۹ پس از جداشدن، با هدفی از جنس هیدروژن مایع برخورد کرد تا یک پروتون را ازبین ببرد و اکسیژن-۲۸ ایجاد کند.

هردو عدد ۸ و ۲۰، اعدادی جادویی برای پروتون‌ها و نوترون‌ها به‌شمار می‌روند و درواقع خاصیتی هستند که نشان می‌دهند اکسیژن-۲۸ باید پایدار باشد. تعداد کل هرکدام به این بستگی دارد که نوکلئون‌های اضافه‌شده چگونه روی پایداری سهمیه‌های پروتون و نوترون که پوسته‌ی هسته نام دارد، تاثیر می‌گذارند.

عدد جادویی در فیزیک هسته‌ای، تعداد نوکلئون‌هایی است که به‌طور کامل یک هسته را پر می‌کنند و باعث می‌شوند تا هر پوسته‌ی جدید، با شکاف انرژی گسترده، از پوسته‌ی قبلی متمایز شود. یک هسته‌ی اتمی با پوسته‌های نوترون و پروتون که هریک اعداد جادویی مربوط به خود را دارند، به‌عنوان جادوی مضاعف شناخته می‌شود و انتظار می‌رود که پایداری بسیار زیادی داشته باشد.

بیشتر اکسیژن روی زمین (ازجمله هوایی که تنفس می‌کنیم) شکل جادویی مضاعفی از اکسیژن یعنی اکسیژن-۱۶ است. برای مدت‌زمان طولانی انتظار می‌رفت که اکسیژن-۲۸، ایزوتوپ اکسیژن جادویی مضاعف بعد از اکسیژن-۱۶ باشد؛ اما تلاش‌های قبلی برای یافتن آن کافی نبود.

جالب اینجاست که شواهد مبنی بر اینکه اکسیژن-۲۴ ممکن است جادوی مضاعف باشد، در سال ۲۰۰۹ ظاهر شدند. این شواهد نشان می‌دادند که ممکن است ۱۶ هم عددی جادویی باشد. پژوهش کوندو و همکارانش می‌تواند توضیح‌ قانع‌کننده‌ای برای این موضوع ارائه دهد. یافته‌های آن‌ها درعین حال که نشان می‌دهد پوسته‌ی نوترونی پر نشده بود، این سوال را مطرح می‌کند که آیا ۲۰ هم می‌تواند عددی جادویی برای نوترون‌ها باشد یا خیر.

یافته‌های اخیر با پدیده‌ای تحت‌عنوان جزیره‌ی وارونگی برای ایزوتوپ‌های نئون، سدیم و منیزیم نیز سازگار به‌نظر می‌رسد؛ پدیده‌ای که در آن پوسته‌های ۲۰ نوترونی بسته نمی‌شوند. ظاهرا این موضوع به فلوئور-۲۹ و اکسیژن-۲۸ هم تعمیم‌پذیر است.