Forskere opdager hemmeligheden bag stabiliteten af ​​kulstofisotoper

Et magisk tal er et antal protoner eller neutroner i kernen af ​​et atom, der resulterer i meget større stabilitet end kerner med andre antal protoner eller neutroner.

De magiske antal af kerner er delvist bestemt af spin-kredsløbs-koblingskraften, som er relateret til protonernes eller neutronernes spins i en kerne. Spin-orbit koblingskraften blev introduceret af nobelprismodtagerne Maria Goeppert Mayer og J. Hans D. Jensen i 1949 for at forklare spaltningen af ​​kvantetilstande af protoner eller neutroner. Dens faktiske kernekraftoprindelse er stadig ikke fuldt ud forstået.

Forskere har identificeret, at det magiske tal på seks er særligt vigtigt, fordi det skulle gøre det muligt at undersøge oprindelsen af ​​spin-kredsløbskobling grundigt. Imidlertid, eksistensen af ​​en atomart med et magisk tal på seks var ikke blevet bekræftet.

Nu, et internationalt forskerhold ledet af Osaka University har ændret denne situation ved at identificere en kulstofart – et essentielt element for livet – som har et protonmagisk tal på seks. De udførte eksperimenter, der gjorde det muligt for dem at måle radierne af protoner i kernerne af forskellige kulstofisotoper (isotoper har det samme antal protoner, men forskellige antal neutroner i deres kerner). Interessant nok, de forskellige kulstofisotoper viste meget ens protonradier. De offentliggjorde deres resultater i Naturkommunikation .

"Ved at kombinere vores radiusmålingsresultater med nukleare ladningsradier, elektriske quadrupol overgangshastigheder, og atommassedata gjorde det muligt for os at identificere en kulstofisotop med et overvejende magisk tal på seks", siger førsteforfatter Dinh Trong Tran.

For at hjælpe med at forstå de eksperimentelle resultater, forskerne udførte beregninger. Beregnede protonradier stemte godt overens med eksperimentelle værdier. Spin-orbit-opdelingen af ​​kulstofisotoperne blev også undersøgt ved analyse af eksperimentelle og teoretiske data for energien til at tilføje eller fjerne en proton fra kernen af ​​hver isotop.

"Vores analyse viste tydeligt, at store spin-orbit spaltninger eksisterer universelt for atomkerner, " forklarer den tilsvarende forfatter Hooi Jin Ong. "Derudover, det magiske nummer på seks er lige så fremtrædende som det for andre identificerede magiske tal."

Identifikationen af ​​det magiske nummer på seks giver en mulighed for at undersøge oprindelsen af ​​spin-orbit-spaltninger i atomkerner. Holdets resultater øger den grundlæggende viden om spin-orbit-kraften, oprindelsen af ​​kernernes magiske tal, og kernestabilitet, repræsenterer et bidrag til en eventuel omfattende forståelse af kernefysik.