Strona głównaPytania → Jaki spin ma izotop tlenu...

Jaki spin ma izotop tlenu O17?

Pytanie

Pyta Mariusz

Dlaczego izotop O17 ma spin 5/2? Skoro ma 8 protonów i 9 neutronów (czyli 1 niesparowany neutron) to czy spin nie powinien wynosić 1/2?

Odpowiedź

Odpowiada Krzysztof Miernik

Protony i neutrony w jądrze, podobnie jak elektrony w atomie, obsadzają dyskretne stany, a ponieważ są fermionami, na każdym poziomie energetycznym mieści się ich pewna określona liczba. Całkowity moment pędu jądra jako całości – zwany skrótowo spinem – czyli suma orbitalnego momentu pędu i wewnętrznego momentu pędu rzeczywiście powinien w pierwszym przybliżeniu zależeć od cząstek znajdujących się na najwyższych energetycznie orbitalach. Jądro 17O jest akurat dobrym przykładem, ponieważ posiada 8 protonów i 9 neutronów, czyli tylko jeden neutron nie tylko nie sparowany, ale do tego leżący ponad zamkniętą „magiczną” powłoką (magiczne liczby 8, 20, 28, 50, 82, i 126 są odpowiednikiem gazów szlachetnych w fizyce atomowej, z tym, że należy je rozpatrywać osobno dla protonów i dla neutronów; akurat 16O jest podwójnie magicznym jądrem). Kolejność orbitali jądrowych to 1s1/2, 1p3/2, 1p1/2, 1d5/2, 2s1/2, 1d3/2, itd. Są one jak widać rozszczepione względem orbitalnej liczby kwantowej l na całkowity moment pędu j = l + s (leżący niżej) i j = l – s (wyżej). Na każdym orbitalu mieści się 2j + 1 nukleonów, a zatem dziewiąty nukelon wypada na orbitalu d5/2 i to właśnie on decyduje tym, że spin całości jądra 17O jest równy 5/2+.