ออกซิเจน-28 : ไอโซโทปหายากของธาตุออกซิเจน

ออกซิเจน-28 : ไอโซโทปหายากของธาตุออกซิเจน

03-10-2023
โครงสร้างอะตอมของธาตุออกซิเจน-16

ทีมนักฟิสิกส์นิวเคลียร์นำโดย โยสุเกะ คอนโด (Yosuke Kondo) จากสถาบันเทคโนโลยีโตเกียว ประเทศญี่ปุ่น ค้นพบ 28O (ออกซิเจน-28) ขึ้นเป็นครั้งแรก ซึ่งเป็นไอโซโทปออกซิเจนที่มีจำนวนนิวตรอนมากที่สุดเท่าที่เคยพบ การวิจัยเกี่ยวกับ 28O เกิดขึ้นเพื่อพิสูจน์ทฤษฏีทางฟิสิกส์นิวเคลียร์ ซึ่งคาดการณ์ว่า 28O เป็นไอโซโทปธาตุออกซิเจนที่มีความเสถียรสูง เนื่องจากมีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนอยู่ในช่วงค่าความเสถียร ที่เรียกว่า เกาะแห่งเสถียรภาพ หรือ Island of stability ซึ่งเป็นทฤษฏีที่ระบุว่า นิวเคลียสของธาตุที่ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนรวมกันเท่ากับจำนวน  2, 8, 20, 28, 50, 82 และ 126 จะมีความเสถียรสูง จึงเรียกจำนวนเหล่านี้ว่า Magic numbers และหากทั้งโปรตอนและนิวตรอนมีจำนวนเท่ากับหนึ่งในตัวเลขเหล่านี้ จะเรียกว่า Doubly magic ซึ่งหมายถึงอะตอมนั้นมีความเสถียรอย่างมาก เนื่องจากการจัดเรียงตัวของโปรตอนและนิวตรอนแบบเต็มชั้นระดับพลังงานหลัก (energy levels หรือ shell) ในนิวเคลียสด้วยจำนวนที่เหมาะสม จึงยากที่จะเพิ่มหรือลดอนุภาคใดออกจากอะตอม ดังเช่น 16O (ออกซิเจน-16) ซึ่งเป็นไอโซโทปที่พบตามธรรมชาติ ประกอบด้วย 8 โปรตอน และ 8 นิวตรอน เป็นไปตามหลักของ Doubly magic และมีความเสถียรสูงมาก ดังนั้น นักวิจัยจึงเชื่อว่า 28O ซึ่งเป็นไอโซโทปที่มี 8 โปรตอน และ 20 นิวตรอน ตาม Magic numbers จะส่งผลให้มีความเสถียรสูงมากด้วยเช่นกัน

อย่างไรก็ตาม จากงานวิจัยล่าสุดทำให้เห็นว่า 28O มีพฤติกรรมต่างจากที่คาดการณ์ไว้ตามทฤษฎี งานวิจัยนี้ ศึกษาโดยการยิงไอโซโทป 48Ca (แคลเซียม-48) ไปยังธาตุเบริลเลียม ได้เป็นไอโซโทป 29F  (ฟลูออรีน-29) จากนั้น นำอะตอมไอโซโทป 29F ผ่านม่านของไฮโดรเจนเหลว เพื่อให้โปรตอนหลุดจากนิวเคลียส 1 อนุภาค จนได้เป็นธาตุ 28O ในที่สุด แต่กลับพบว่าออกซิเจนชนิดนี้ไม่ได้เสถียรอย่างที่คาดการณ์ไว้ ทั้งยังสลายตัวไปอย่างรวดเร็วหลังการสังเคราะห์ขึ้นทันที ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นว่าทฤษฏีโครงสร้งนิวเคลียสของอะตอมบางเรื่องอาจยังไม่ถูกต้อง นักวิจัยยังคงต้องศึกษาเกี่ยวกับพลังงานนิวเคลียร์ภายในอะตอมต่อไป ทั้งนี้ การศึกษานี้ได้แสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าของงานวิจัยนิวเคลียร์ รวมทั้งสามารถเป็นพื้นฐานเพื่อนำไปสู่ทฤษฎีนิวเคลียร์ใหม่ ๆ ที่จะเกิดขึ้นในอนาคต

ภาพจาก https://www.nature.com/articles/d41586-023-02713-3
ทีมนักวิจัยจากนานาชาติที่ร่วมวิจัย ออกซิเจน-28    โดยใช้เครื่องมือที่โรงงาน Riken RI Beam                (ภาพจาก https://www.nature.com/articles/d41586-023-02713-3)

เรียบเรียงโดย: อภิชญา นุชจิโน นักวิชาการ กองวิชาการวิทยาศาสตร์ สำนักวิชาการพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ อพวช. 

ข้อมูลจาก