Несмотря на прогнозы, кислород-28 продемонстрировал высокую степень нестабильности. Ядра такого типа не удалось даже зафиксировать, хотя, согласно теории, они должны обладать свойством двойной магии, что обычно указывает на повышенную стабильность.
Японские исследователи впервые синтезировали ядра кислорода-28, содержащие 20 нейтронов. Согласно теории, эти ядра должны обладать свойствами «двойной магии» и демонстрировать высокую стабильность. Тем не менее, период полураспада кислорода-28 оказался крайне мал, что не позволило его непосредственной регистрации. Это указывает на существенные неточности в современных моделях строения атомного ядра. К такому заключению пришли Йосуке Кондо (Yosuke Kondo) и его соавторы в опубликованной статье, опубликованной в журнале Nature.
Начиная со школьной скамьи, нам известно, что электроны в атоме располагаются на различных оболочках, и полная оболочка обеспечивает химическую инертность, подобно благородным газам. Аналогичным образом может быть устроено атомное ядро: протоны и нейтроны (нуклоны) заполняют одну оболочку за другой, полностью заполненная оболочка означает большую стабильность всей конструкции. Соответствующее количество нуклонов называют « магическим числом». А если ядро обладает магическим числом протонов и нейтронов, то оно демонстрирует повышенную стабильность.
В природе обнаружено пять ядер с двойной магией, а также несколько созданных искусственно. Наиболее распространенным из них является обычный кислород-16, содержащий восемь протонов и нейтронов (магическое число). Согласно теории, должен существовать и кислород-28 с двойной магией (восемь протонов и 20 нейтронов), который также должен обладать высокой стабильностью. Однако реальность оказалась иной. Вероятно, полученные данные свидетельствуют о существенных недостатках в нашем понимании атомных ядер и сил, которые их формируют сильного взаимодействия.
Получить кислород-28 удалось на ускорителе Riken RI Beam Factory, для этого физики разгоняли ядра кальция-48 в циклотроне и сталкивали их с бериллиевой мишенью, создавая фтор-29, содержащий те же 20 нейтронов, но на один протон больше, чем нужный изотоп кислорода. Поэтому фтор-29 отправляли дальше, прогоняя через жидкий водород, и тогда он терял протон, превращаясь в кислород-28.
Несмотря на прогнозы, период полураспада оказался чрезвычайно коротким, что не позволило непосредственно зарегистрировать данный изотоп. В результате распада были выявлены кислород-24 и четыре нейтрона.
Следует отметить, что изотоп кислорода-24 существовал несколько лет назад принес аналогичный сюрприз. Вопреки предсказаниям, это ядро весьма стабильно, срок его полураспада составляет более 60 миллисекунд. Иначе говоря, кислород-24 ведет себя так, словно он дважды магический, хотя в теории содержит лишь магическое число протонов, но не нейтронов.
Полученные недавно экспериментальные данные ставят под сомнение общепринятое представление об универсальности магических чисел. В связи с этим физики намерены провести исследования с использованием изотопа кислорода-30, чтобы сопоставить сроки полураспада нескольких ядер. Ожидается, что эта работа продемонстрирует, что магические числа не являются надежным индикатором стабильности ядер, и что факторы, определяющие устойчивость ядра, являются более сложными.
Те же принципы, побуждавшие физиков предсказывать стабильность кислорода-28, лежат в основе концепции « острова стабильности» — связаны с существованием сверхтяжелых трансурановых элементов, обладающих значительным периодом полураспада. Поиски этих элементов продолжаются на протяжении многих лет, но пока не принесли значительных результатов. Трудности в достижении «острова стабильности» могут быть связаны с проблемой кислорода-28».