Kärnkraftsforskare vid Washington University i St Louis upptäckte oxygen-11 med hjälp av High Resolution Array vid National Superconducting Cyclotron Laboratory. Kredit:Michigan State University
Forskare vid Washington University i St. Louis har upptäckt och karakteriserat en ny form av syre som kallas "fjäderviktssyre" - den lättaste versionen någonsin av det välbekanta kemiska elementet oxygen, med bara tre neutroner till sina åtta protoner.
Syre är ett av de vanligaste grundämnena i solsystemet, men oxygen-11 kan endast produceras i ett laboratorium. Det sönderfaller omedelbart efter att det skapats genom att sända ut två protoner, och det kan observeras enbart genom detektering av dess sönderfallsprodukter. Tvåprotonsönderfall är den senast upptäckta kärnsönderfallskanalen.
"Vad är mest intressant för kärnfysikgemenskapen, dock, är att oxygen-11 är kärnspegeln av litium-11, en mycket väl studerad tung isotop av litium, sa Tyler Webb, en Ph.D. kandidat i fysik i konst och vetenskap vid Washington University, som arbetar med Robert J. Charity, forskningsprofessor i kemi inom konst och vetenskap, och Lee G. Sobotka, professor i kemi och fysik. Webb är den första författaren till en ny artikel om upptäckten i Fysiska granskningsbrev .
Inom kärnfysik, kärnor sägs vara speglar när den ena har ett visst antal neutroner och protoner och den andra har en omvänd mängd, såsom förhållandet 3:8 mellan neutroner och protoner i oxygen-11 jämfört med förhållandet 8:3 i litium-11.
Fjäderviktigt syre kan jämföras med dess kärnspegel, en väl studerad isotop av litium, sa forskare. Kredit:Washington University i St. Louis
"När man talar om spegelkärnor, vi förväntar oss att en sorts symmetri håller, " sa Webb. "Egenskaperna hos en kärna och dess spegel bör vara liknande:Kvanttillstånd bör vara ungefär nära i energi relativt kärnans grundtillstånd och vågfunktionerna för dessa tillstånd bör vara liknande."
Denna symmetri kan sträckas ut eller brytas, dock. Forskare kan jämföra den faktiska strukturen av spegelkärnor mot deras förväntade struktur för att lära sig mer om denna viktiga symmetri av atomkärnor, det som utgör universums synliga materia.
I detta fall, forskarna är mest glada över att jämföra litium-11, som de vet har två mycket löst bundna neutroner i en "halo" som kretsar kring dess kärna, till oxygen-11, som har två obundna protoner.
Forskarna från Washington University satte ihop bevis på syre-11 i ett experiment som utfördes vid National Superconducting Cyclotron Laboratory på campus vid Michigan State University. Uppsatsen Physical Review Letters beskriver både experimentet och de stödjande beräkningarna utförda av teoretiska kärnfysiker Witold "Witek" Nazarewicz och Simin Wang från Michigan State University. Forskare från University of Connecticut och Western Michigan University deltog också i samarbetet.
