Используя мощный ускоритель частиц, исследователи впервые обнаружили неуловимый вариант кислорода. Было предсказано, что изотоп кислород-28 стабилен благодаря его восьми протонам и 20 нейтронам. Но первые наблюдения кислорода-28, опубликованные в журнале Nature, показывают, что он скорее эфемерен, чем долговечен: его ядра разрушаются примерно через зептосекунду (или 0,000000000000000000001 секунды).
Это открытие «стало большим сюрпризом», говорит физик Ритупарна Канунго из Университета Святой Марии в Галифаксе, Канада, которая не принимала участия в исследовании.
«У нас есть несколько современных теорий, которые пытались предсказать и объяснить, как должен выглядеть кислород-28», — говорит Канунго, — но «ни одна из них не способна объяснить [наблюдения]».
Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, каждый из которых, как полагают, занимает свою собственную «оболочку» — дискретные энергетические уровни, разделенные большими энергетическими промежутками. Атомные ядра с полными внешними оболочками связаны очень прочно, что делает их очень стабильными.
Атомы определенного элемента имеют определенное количество протонов, но могут иметь различное количество нейтронов. Например, воздух, которым мы дышим, содержит изотоп кислорода-16, который имеет восемь протонов и восемь нейтронов. Это делает его «вдвойне волшебным» и необычайно стабильным. Ожидалось, что кислород-28, обладающий двойной магией с его 20 нейтронами и восемью протонами, также будет стабильным.
Для обнаружения изотопа потребовалось сочетание грубой силы и экспериментальной элегантности. Физик Йосуке Кондо из Токийского технологического института и его коллеги использовали ускоритель частиц, чтобы столкнуть атомы кальция-48 с бериллиевой мишенью. Это фрагментировало атомы кальция-48 на более легкие изотопы, включая фтор-29. При попадании фтора-29 в мишень из жидкого водорода был отброшен единственный протон, в результате чего образовался кислород-28.
Вопреки ожиданиям, «Кислород-28» практически сразу развалился. Подобно ведру, наполненному слишком большим количеством шариков, его переполненное ядро переполнилось, выбрасывая четыре нейтрона и оставляя после себя кислород-24. Обнаружив одновременно эти продукты распада, ученые показали, что они образовали кислород-28.
Удивительная нестабильность кислорода-28 намекает на то, что в современных теориях ученых о сильном ядерном взаимодействии, связывающем протоны и нейтроны в атомных ядрах, чего-то не хватает.
