幻数 (物理学)

展示核素穩定性的核素圖

幻数（英語：Magic Number），又稱魔數、巧數[1]，是指原子核中质子数和中子数的某个特定数值。当质子数或中子数为幻数，或者二者取值均为幻数时，原子核會显示出較高的稳定性。

目前已经确认的幻数有：2、8、20、28、50、82、126這七個幻數。（OEIS數列A018226）

自然界广泛存在的氦、氧、钙、镍、锡、铅元素的质子数分别与2到82的幻数相对应，這些元素都具有多個穩定的天然同位素，其中錫更是擁有最多穩定同位素的元素。而质子数为126的元素Ubh目前尚未发现，預計其處於放射性超重元素穩定島的中央，故可能具有相對極長的半衰期。当原子核之质子數和中子数皆为幻数时，这样的情况称为双幻数。例如质子数82、中子数126的铅同位素208Pb，就具有双幻数，從而显得异常稳定。

一般认为，幻数的存在反映了原子核具有「壳层结构」。1949年德国物理学家玛丽亚·格佩特-梅耶和約翰內斯·延森等人建立了原子核的核殼層模型。当原子核中存在幻数时，核子以集体的形式充满了某个能级，没有核子向更高的能级跃迁，因此这些原子核相当稳定。

原子核形状

其他理论

有些科学家在别的核子数目中也发现了较高的稳定性，认为这说明这些数字也会造成次殼層填滿，所以也是幻数：

  • 2000年5月日本物理学家发表论文称16有可能也是一个幻数，[2]随后又发现6、30、32也可能是新的幻数。[1]
  • 2005年6月，英国和美国科学家发表论文称，人造放射性硅同位素42Si的原子核稳定性很高，表明14可能也是一个幻数。[3]
  • 除此之外，还有人发现了一些比较次要的幻数，但其依然造成其元素豐度相对较高：比如6(碳)，14(硅)，16(硫)，32(锗)，38(锶)，40(锆)，58(铈)，70(镱)，92(铀)等（OEIS数列A018226）

参考文献

  1. ^ 1.0 1.1 魏明通. 核化學. 五南圖書出版股份有限公司. 2005. ISBN 978-957-11-3632-5. 
  2. ^ Ozawa, A.; Kobayashi, T.; Suzuki, T.; Yoshida, K.; Tanihata, I. A new magic number, N=16, Near to the neutron drip-line. Physical Review Letters. 2000-06-12, 84 (24): 5493–5495. doi:10.1103/PhysRevLett.84.5493. 
  3. ^ Fridmann, J; Wiedenhöver, I; Gade, A; Baby, LT; Bazin, D; Brown, BA; Campbell, CM; Cook, JM; Cottle, PD; Diffenderfer, E; Dinca, DC; Glasmacher, T; Hansen, PG; Kemper, KW; Lecouey, JL; Mueller, WF; Olliver, H; Rodriguez-Vieitez, E; Terry, JR; Tostevin, JA; Yoneda, K. 'Magic' nucleus 42Si.. Nature. 2005-06-16, 435 (7044): 922–4. PMID 15959511. doi:10.1038/nature03619. 

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