Onderzoekers van de Washington University in St. Louis hebben een nieuwe vorm van zuurstof ontdekt en gekarakteriseerd, genaamd "vedergewicht zuurstof" - de lichtste versie ooit van het bekende chemische element zuurstof, met slechts drie neutronen op zijn acht protonen.

Zuurstof is een van de meest voorkomende elementen in het zonnestelsel, maar zuurstof-11 kan alleen in een laboratorium worden geproduceerd. Het vervalt onmiddellijk na zijn ontstaan ​​door twee protonen uit te zenden, en het kan alleen worden waargenomen door detectie van zijn vervalproducten. Twee-protonverval is het meest recent ontdekte nucleaire vervalkanaal.

"Wat het meest interessant is voor de kernfysische gemeenschap, echter, is dat zuurstof-11 de nucleaire spiegel is van lithium-11, een zeer goed bestudeerde zware isotoop van lithium, " zei Tyler Webb, een doctoraat kandidaat in de natuurkunde in Arts &Sciences aan de Washington University, die samenwerkt met Robert J. Charity, onderzoekshoogleraar scheikunde in Arts &Sciences, en Lee G. Sobotka, hoogleraar scheikunde en natuurkunde. Webb is de eerste auteur van een nieuw artikel over de ontdekking in Fysieke beoordelingsbrieven .

In de kernfysica, van kernen wordt gezegd dat ze spiegels zijn als de ene een bepaald aantal neutronen en protonen heeft en de andere een omgekeerd aantal, zoals de 3:8-verhouding van neutronen tot protonen in zuurstof-11 in vergelijking met de 8:3-verhouding in lithium-11.

"Als we het hebben over spiegelkernen, we verwachten dat er een soort symmetrie blijft bestaan, Webb zei. "De eigenschappen van een kern en zijn spiegel zouden vergelijkbaar moeten zijn:kwantumtoestanden zouden qua energie ongeveer dicht bij de grondtoestand van de kern moeten liggen en de golffuncties van die toestanden zouden vergelijkbaar moeten zijn."

Deze symmetrie kan worden uitgerekt of verbroken, echter. Wetenschappers kunnen de werkelijke structuur van spiegelkernen vergelijken met hun verwachte structuur om meer te weten te komen over deze belangrijke symmetrie van atoomkernen, de stof waaruit de zichtbare materie van het universum bestaat.

In dit geval, de onderzoekers zijn het meest enthousiast om lithium-11 te vergelijken, waarvan ze weten dat het twee zeer losjes gebonden neutronen heeft in een "halo" die om zijn kern draait, naar zuurstof-11, die twee ongebonden protonen heeft.

De onderzoekers van de Washington University verzamelden bewijs van zuurstof-11 in een experiment dat werd uitgevoerd in het National Superconducting Cyclotron Laboratory op de campus van de Michigan State University. Het artikel Physical Review Letters schetst zowel het experiment als de ondersteunende berekeningen die zijn uitgevoerd door de theoretische kernfysici Witold "Witek" Nazarewicz en Simin Wang van de Michigan State University. Onderzoekers van University of Connecticut en Western Michigan University namen ook deel aan de samenwerking.