Az oxigén egy új izotópja felrúgja a klasszikus fizika alapjait

Miután a tudósok laboratóriumi körülmények között létrehozták az oxigén 28-as számú izotópját, az szinte azonnal lebomlott, megdöbbenve a fizikusokat szerte a világon.

A kutatók most először készítették el az oxigén-28-at, egy ritka oxigénizotópot, amelynek 12-vel több neutronja van, mint az oxigén-16-nak, ami a bolygó leggyakoribb oxigénformája. Ez az újonnan létrehozott “nehéz” oxigénizotóp rendelkezik a valaha látott legtöbb neutronnal egy oxigénatomban, amitől azt várták, hogy ultrastabil lesz és gyakorlatilag örökké tart, tette közzé a Live Science.

Ehelyett azonban hihetetlenül gyorsan lebomlott – ez a megállapítás megkérdőjelezi az erős kötés megértését, amely egyben tartja az anyag alapvető részecskéit, például a protonokat és a neutronokat, hogy nagyobb részecskéket képezzenek.

“Nagyon-nagyon nagy alapvető kérdést nyit meg a természet legerősebb kölcsönhatásával, az erős kötéssel kapcsolatban” – mondta Rituparna Kanungo , a kanadai Saint Mary’s Egyetem fizikusa.

Az oxigén-28 létrehozása érdekében a Tokiói Technológiai Intézet kutatói által vezetett csapat egy fluor-29-et – egy kilenc protonból álló izotópot – egy folyékony-hidrogén célpontra lőtt a japán Wakoban található Riken RI Intézetben. Becsapódáskor mind a hidrogén, mind a fluor-29 elvesztett egy protont, ami egy új oxigén-28 molekulát hozott létre.

A szabvány modell, a részecskefizika vezető elmélete szerint a részecskéknek stabilnak kell lenniük, ha az atommag héjai fel vannak töltve bizonyos számú protonnal és neutronnal, amelyeket “mágikus” számoknak neveznek. Az oxigén-28 20 neutront és nyolc protont tartalmaz, mindkettő mágikus szám, ami arra utal, hogy a molekulának rendkívül stabilnak vagy “kettősen mágikusnak” kellett lennie. De nem ez volt a helyzet.

A kísérlet során az oxigén-28 molekula egy zeptoszekundum, vagyis a másodperc milliárdod részének trillió része alatt elbomlott. Valójában jelenlétét csak a bomlás után visszamaradt oxigén-24 és négy szabad neutronból következtették.

“Meglepődtem” – mondta Takashi Nakamura, a Tokiói Technológiai Intézet fizikusa és a tanulmány társszerzője. “Személy szerint azt hittem, hogy ez duplán varázslatos lesz, de a természet másképp gondolta.”

Bár a kísérletet még nem sikerült megismételni, az eredmények azt sugallják, hogy a mágikus számok jelenlegi listája nem feltétlenül vehető pontosnak annak a meghatározására, hogy az így keletkezett vagy létrehozott molekulák stabilak-e. Sőt, ugyanez fordítva is igaz: egy másik esetben a tudósok 2009-ben kimutatták, hogy egy oxigén-24 izotóp kétszeresen varázslatos módon viselkedett, annak ellenére, hogy nem rendelkezett mágikus számú protonnal és neutronnal.

Michael Thoennessen, a Michigani Állami Egyetem fizikaprofesszora és a tanulmány társszerzője szerint az új tanulmány megnyithatja az utat a jövőbeli kutatások számára, amelyek további támpontokat adhatnak a részecskéket az atommagban összetartó titokzatos erőkről.

“Úgy gondolom, hogy a kísérletek eredményei azt mutatják, hogy mennyire fontos ezeket az egzotikus atommagokat a létezés határain túl is tanulmányozni” – mondta.

“Még mindig nem tudjuk teljesen, mi tartja össze a neutronokat és a protonokat. E szélsőségek feltárása próbára teszi a nukleáris modellek alapjait.”

Ez is érdekes lehet:

• A guatemalai istenek étele, a csokoládé
• Íme a legdrágább nemesfém: jóval drágább az aranynál