幻数 (物理学)

使核成為特別穩定的質子或中子的數量

幻数(英語:Magic Number),又稱魔數巧數[1],是指原子核质子数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。

展示核素穩定性的核素圖

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

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其他理论

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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63032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(),14(硅),16(),32(),38(),40(),58(),70(),92()等(OEIS数列A018226

参考文献

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  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. 

参阅

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