Některé atomy jsou stabilní, zatímco jiné se zdá, že se rozpadají. LEAD-208 bude pravděpodobně trvat věčně, zatímco syntetický izotop Technetium-99 existuje po dobu pouhých hodin. Rozdíl spočívá ve struktuře jádra atomu, s určitými „magickými čísly“ jaderné částice Vytváření některých izotopů obzvláště odolných vůči radioaktivnímu rozpadu.
Jaká jsou tato magická čísla a proč jsou tak zvláštní?
Tato stabilita se zdá být částečně spojena s hmotou atomu, přičemž těžší prvky se ukázaly méně stabilní. Ale ve 40. a 50. letech vědci poznamenali, že mnoho z nich lehčí prvky měly také radioaktivní izotopy;; Jak uhlík-14, tak draslík-40 podléhají radioaktivnímu rozpadu pomalu a jsou zodpovědné za většinu záření na pozadí planety.
Je zajímavé, že tito vědci si všimli, že se zdálo, že velmi zvláštní počet protonů a neutronů má za následek neobvykle stabilní jádra a tyto hodnoty se staly známými jako magická čísla.
„Kouzelná čísla jsou 2, 8, 20, 28, 50, 82 a 126,“ řekl David JenkinsJaderný fyzik na University of York ve Velké Británii ve Velké Británii „Pokud vezmete nejlehčí – dva protony a dva neutrony – to je jádro atomu helia a víme, že je to velmi stabilní kombinace protonů a neutronů“.
Související: Proč není atomovo jádro kolo?
Shell hra
Jádra helia, známá také jako částice alfa, jsou spontánně emitována z těžších, nestabilních atomy jak podstupují jaderný rozpad.
„Pokud o tom přemýšlíš, je to velmi divné,“ řekla Jenkins. „Pokud se atom rozpadne, proč neztrácí protony nebo neutrony jeden po druhém? Důvodem je to, že alfa částice je velmi stabilní, a to souvisí s touto myšlenkou magických čísel.“
Mezi další magická jádra patří kyslík-16 (osm protonů a osm neutronů), vápník-40 (20 protonů a 20 neutronů) a olovo-208 (82 protonů a 126 neutronů), nejtěžší stabilní prvek.
K pochopení těchto bizarních pozorování navrhli fyzici „model jaderné skořápky“, který přitahuje paralely elektronickými skořápkami používanými k vysvětlení chemického chování atomů.
„Myšlenka byla taková, že protony a neutrony sedí ve skořápkách, trochu jako elektrony v atomu a jaderné excitace by zahrnovaly protony a neutrony, které mezi těmito skořápkami skočily nahoru a dolů,“ vysvětlil Jenkins.
Stejně jako jejich analogy elektronů mají tyto jaderné skořápky pevné hodnoty energie známé jako kvantizované stavy a systém je nejstabilnější, když jsou tyto skořápky zcela vyplněny. Přesné uvažování za tím je složitá kombinace Kvantové mechanické faktory, ale předpokládá se, že silná síla – Základní interakce, která drží protony a neutrony pohromadě v jádru – je vyšší, než se očekávalo na částici u dokončených skořápek.
Magická čísla jsou proto jednoduše počtem částic potřebných k vyplnění každé z těchto jaderných skořápek, se samostatnými hladinami pro protony a neutrony. Jednotlivé izotopy mohou být odpovídajícím způsobem magické, s magickým počtem protonů nebo neutronů (například prvotního izotopu Iron-56) nebo dvojnásobně magií s magickým počtem protonů a neutronů (jako je Oxygen-16 a Lead-208).
Tyto dvojnásobné magické systémy jsou mezi nimi jen velmi málo, ale mají některé zajímavé kvantové vlastnosti, řekla Jenkins.
„Dvojnásobně magické systémy mají sférické rozdělení hmoty a náboje“ – zcela kulaté jádro, řekl. „Většina jader je deformována a otáčí. Mají velmi odlišnou strukturu. “
Nikdo neví, jak daleko se tento model natáhne. Tin-100-nejtěžší dvojnásobně magické jádro, s 50 protony a 50 neutrony-má a poločas pouhých 1,2 sekundyZatímco Unhihexium, další magický prvek po vedení, nebyl nikdy syntetizován. Proto, zda tato magická stabilita bude stačit k tomu, aby vědci mohli přidat osmý řádek do periodické tabulky, zůstává otevřenou otázkou.
