Première détection d'oxygène 28 et modèle d'enveloppe standard de la structure nucléaire   

Oxygène-28 (²⁸O), l'isotope rare le plus lourd de l'oxygène, a été détecté pour la première fois par des chercheurs japonais. De manière inattendue, il s’est avéré de courte durée et instable, bien qu’il réponde au critère du nombre « magique » de stabilité nucléaire.  

Oxygène possède de nombreux isotopes; tous ont 8 protons (Z) dans leur noyau mais diffèrent par le nombre de neutrons (N). Les isotopes stables sont ¹⁶O, ¹⁷O et ¹⁸O qui ont respectivement 8, 9 et 10 neutrons dans leur noyau. Parmi les trois isotopes stables, ¹⁶L'O est le plus abondant, constituant environ 99.74 % de tout l'oxygène trouvé dans la nature. 

Récemment détecté ²⁸L'isotope O a 8 protons (Z=8) et 20 neutrons (N=20). On s'attendait à ce qu'il soit stable car il répond à l'exigence d'un nombre « magique » en ce qui concerne à la fois les protons et les neutrons (doublement magique), mais il s'est avéré de courte durée et s'est désintégré rapidement.  

Qu’est-ce qui rend le noyau d’un atome stable ? Comment les protons et les neutrons chargés positivement sont-ils maintenus ensemble dans le noyau d'un atome ?  

Selon le modèle de coque standard de la structure nucléaire, on pense que les protons et les neutrons occupent des coques. Il existe une limite au nombre optimal de nucléons (protons ou nucléons) pouvant être logés dans une « coquille » donnée. Les noyaux sont compacts et plus stables lorsque les « coquilles » sont entièrement remplies d’un « nombre spécifique » de protons ou de neutrons. Ces « nombres spécifiques » sont appelés nombres « magiques ».  

Actuellement, 2, 8, 20, 28, 50, 82 et 126 sont généralement considérés comme des nombres « magiques ». 

Lorsque le nombre de protons (Z) et le nombre de neutrons (N) dans un noyau sont égaux à des nombres « magiques », cela est considéré comme un cas de « doublement » magie associée à une structure nucléaire stable. Par exemple, ¹⁶O, l'isotope de l'oxygène le plus stable et le plus abondant a Z=8 et N=8 qui sont des nombres « magiques » et un cas de doublement magique. De même, l'isotope récemment détecté ²⁸O a Z=8 et N=20 qui sont des nombres magiques. Par conséquent, l'Oxygène-28 devait être stable, mais s'est révélé instable et de courte durée dans une expérience (bien que cette découverte expérimentale n'ait pas encore été validée dans des expériences répétées dans d'autres contextes).  

Auparavant, 32 avait été suggéré comme étant un nouveau nombre magique de neutrons, mais il ne s'est pas avéré être un nombre magique dans les isotopes du potassium. 

Modèle de coque standard de la structure nucléaire, la théorie actuelle expliquant comment les noyaux atomiques sont structurés semble insuffisante, du moins dans le cas de ²⁸O isotope.  

Les nucléons (protons et neutrons) sont maintenus ensemble dans le noyau par une forte force nucléaire. La compréhension de la stabilité nucléaire et de la manière dont les éléments sont forgés réside dans une meilleure compréhension de cette force fondamentale.  

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Références:  

1. Institut de technologie de Tokyo. Actualité de la recherche – Exploration des noyaux légers riches en neutrons : première observation de l’oxygène-28. Publié : 31 août 2023. Disponible sur https://www.titech.ac.jp/english/news/2023/067383  

2. Kondo, Y., Achouri, NL, Falou, HA et al. Première observation de ²⁸O. Nature 620, 965-970 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06352-6 

3. Département américain de l'énergie 2021. Actualités – La magie est terminée pour le neutron numéro 32. Disponible sur https://www.energy.gov/science/np/articles/magic-gone-neutron-number-32  

4. Koszorús, Á., Yang, XF, Jiang, WG et al. Les rayons de charge des isotopes exotiques du potassium remettent en question la théorie nucléaire et le caractère magique de N = 32. Nat. Phys. 17, 439-443 (2021). https://doi.org/10.1038/s41567-020-01136-5 

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