A Physics Letters B folyóiratban megjelent közlemény szerint a Nagy Hadronütköztető oxigén-oxigén ütközései lehetőséget nyújtanak a duplán mágikus oxigén atommag további tanulmányozására. A mágikus atommagok stabilitása számos gyakorlati alkalmazásban fontos, például az orvosi izotópok kiválasztásában és az atomenergia-kutatásban, ahol az atommagok bomlásából származó energiát hasznosítjuk.

Mágikus Oxigén atommag

Az elemek tulajdonságai ismétlődő mintázatot mutatnak, mert az atomokban az elektronhéjak meghatározott sorrendben épülnek fel. Ez tette lehetővé, hogy az elemeket a periódusos rendszerbe rendezzék. A legszélső oszlopban találhatók a nemesgázok, amelyek különlegesen stabilak, mivel elektronhéjaik teljesen zártak.

Hasonlóan, az atommagok tulajdonságai is periódikusan változnak. Az atommagot alkotó protonok és neutronok szintén héjakba rendeződnek. A nukleáris héjmodell szerint a teljesen feltöltött nukleáris héjak az atommagot különösen stabillá és kevéssé hajlamossá teszik a bomlásra vagy maghasadásra. Az ilyen atommagokat mágikus magoknak nevezzük, mivel a proton- vagy neutronszámuk egy adott, úgynevezett mágikus szám (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126). 


Az oxigén atommagja különösen érdekes, mivel duplán mágikus: a 16-os tömegszámú, leggyakoribb oxigénizotóp magjában 8 proton és 8 neutron található, amelyek mindegyike mágikus szám. Ez a zárt héjszerkezet rendkívüli stabilitást biztosít az atommag számára. Az alacsony energiás magfizikai klaszter modellek alapján ebben a szép szimmetrikus magszerkezetben a nukleonok eloszlása olyan, hogy kialakulhat egy különleges tetraéderes belső szerkezet. Ezt a hagyományos, magsűrűséget leíró Wood-Saxon eloszlás kiátlagolja. 

Barnaföldi Gergely Gábor, a HUN-REN Wigner FK főmunkatársa az Indiai Technológiai Intézet fiatal kutatóival és munkatársaival együttműködve azt vizsgálta, hogy a CERN Nagy Hadronütköztetőben (LHC) tervezett oxigén atommagok ultrarelativisztikus energiájú ütközéseiben megfigyelhető-e ennek a mágikus kezdőállapotnak a hatása. 

A kutatók a kvark-gluon plazma megjelenésének egyik szignatúráját mérő ún elliptikus folyást (v2) és a hármas korrelációkat adó (v3) jellemző mennyiségeket vizsgálták. Meghatározták ezeket a jellemzőket és összehasonlították két modellben: a tetraéderest szerkezetet jósló klaszter modellben és a hagyományos Saxon-Woods magsűrűség esetére is. 
A kutatók meglepő eredményre jutottak: a két különböző magszerkezeti modell közötti eltérések olyan jelentősek, hogy hatásuk az LHC oxigén-oxigén ütközéseiben várhatóan mérhető lesz. A Physics Letters B folyóirat 2025. januári számában megjelent tudományos publikáció eredményének további érdekessége az, hogy ugyan a kétszeresen mágikus proton és neutron héj jelenlétének kezdőállapoti hatása igen kicsinynek tűnik, mégis továbböröklődik ez a hatás is, és a végállapoti hadronok impulzus-eloszlása során felismerhető marad – akkor is, amikor a kis ütközési rendszerekre jellemző nagy fluktuációk jelen vannak.

mágikus oxigén

A kétféle magszerkezet modell: a felső, a struktúra mentes a Wood-Saxon eloszlást mutatja, míg az alsó panelen a tetraéderes szerkezetet mutató mageloszlás a klaszter 
 

A kutatás a HUN-REN Wigner FK és a IIT Indore együttműködési megállapodásának keretében zajlott amelyet a UGC, Government of India, a DAE-DST, “Indian participation in the ALICE experiment at CERN” SR/MF/PS-02/2021-IITI (E-37123),  az NKFIH OTKA K135515, a NEMZ_KI-2022-00031, és a 2024-1.2.5-TET-2024-00022 pályázatok támogatták. A numerikus számítások erőforrásait a Wigner Tudományos Számítási Laboratóriuma (WSCLAB) biztosította .