Sciencemag.cz
Doporučujeme
Objevili nové magické číslo protonů: 14
V jaderné fyzice označují „magická čísla“ specifický počet protonů nebo neutronů, který vede k obzvláště stabilním jádrům. (Poznámka: „obzvlášť stabilní“ je ovšem relativní, viz dále; ve srovnání s jádrem, v němž je o proton/neutron více/méně.)
Magická čísla pro stabilní izotopy s dlouhou životností jsou známa již dlouho, ale v případě magických čísel pro exotické izotopy s krátkou dobou života (relativně nízkým poločasem rozpadu) to neplatí. Studiem těchto vzácných případů mohou vědci získat hlubší vhled do „jaderného kódu“ za extrémních podmínek. To následně zlepšuje naše chápání toho, jak ve vesmíru vznikaly jednotlivé prvky, i porozumění silné interakci.
Vědci z Čínské akademie věd nyní poprvé přesně změřili hmotnost extrémně krátce žijícího jádra s nedostatkem neutronů, křemíku-22, a odhalili, že protonové číslo 14 v křemíku-22 je nové magické číslo.
Když počet protonů nebo neutronů dosáhne „magického čísla“, například 2, 8, 20, 28, 50, 82 nebo 126, stává se jádro stabilnějším. Vysvětluje se to pomocí modelů jaderných slupek (obdobné slupkám elektronů). Nobelova cena za fyziku za tento model byla udělena už v roce 1963. (Poznámka PH: Ovšem ve školách se s tím skoro setkat nelze, tedy pokud nestudujete na VŠ přímo fyziku, zdá se mi.)
V posledních letech se při studiu exotických jader vzdálených od údolí stability – oblasti na nuklidovém diagramu, kde se nacházejí stabilní izotopy – podařilo identifikovat nová magická čísla pro neutrony, jako jsou 14, 16, 32 a 34. Nová magická čísla pro protony jsou však v experimentálních pozorováních stále vzácná.
Již dříve vědci zjistili, že u kyslíku-22 (14 neutronů a 8 protonů) vykazuje magické vlastnosti neutronové číslo 14. Na základě jaderné zrcadlové symetrie teoretici předpověděli, že protonové číslo 14 by mělo být magickým číslem i pro protony, tedy v „zrcadlovém“ jádře, křemíku-22 (8 neutronů a 14 protonů). Výroba a měření křemíku-22 je však vzhledem k nízkým výtěžkům procesu a krátkému poločasu rozpadu velmi náročné, takže tato teoretická předpověď zůstala dosud neověřena.
Nové výsledky ukazují, že křemík-22 má kladnou energii separace dvou protonů – jinými slovy, samovolně neztrácí dva protony.
Na základě nově stanovené hodnoty hmotnosti vědci vypočítali energii párování protonů křemíku-22 a porovnal ji s energií párování neutronů jeho zrcadlového jádra kyslíku-22, čímž odhalil nové protonové magické číslo 14.
Přestože křemík-22 vykazuje dvojnásobně magické vlastnosti podobně jako kyslík-22, studie zjistila, že jeho prostorové rozložení protonů je ve srovnání s rozložením neutronů kyslíku-22 více rozprostřené.
Y. M. Xing et al, =14 Magicity Revealed by the Mass of the Proton Dripline Nucleus 22Si, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/ffwt-n7yc. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2503.01380
Zdroj: Chinese Academy of Sciences / Phys.org, přeloženo / zkráceno
Poznámka PH: Jaký je vůbec nějaký „standardní model“ v této oblasti? Magická čísla jsou univerzální, nebo fungují nějak „případ od případu“? Měla by být stejná pro protony i neutrony?
Lze dohledat např. následující (web Masarykova univerzita, PDF):
Protonové slupky obsahují při plném zaplnění 2, 6, 12, 18, 22 a 32 protonů. Neutronové slupky obsahují při plném zaplnění 2, 6, 12, 18, 22, 32 a 44 neutronů. Pokud má jádro jednu nebo více slupek zaplněných, pak obsahuje celkem o 2, 8, 20, 28, 50 nebo 82 protonů, o resp. 2, 8, 20, 28, 50, 82 nebo 126 neutronů Jde o tzv. magická čísla, tato jádra jsou velmi stabilní. Pokud jádro obsahuje magická čísla pro protony i neutrony, pak jde o jádra dvojitě magická s mimořádnou stabilitou, přičemž musí být splněna podmínka optimálního poměru počtů protonů a neutronů (N:Z = cca 1-1,5). Např. dvojitě magické jádro Sn 100 50 je velmi nestabilní pro relativní nedostatek neutronů.
