幻数 (物理学)

幻数(英语:Magic Number),又称魔数,是指原子核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,原子核会显示出较高的稳定性。

同位素稳定性图表。

目前已经确认的幻数有:2、8、20、28、50、82、126这七个幻数。(OEIS数列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。质子数为126的元素目前尚未发现,预计其处于放射性超重元素稳定岛的中央。当原子核之质子数和中子数皆为幻数时,这样的情况称为双幻数。例如自然界存在质子数82、中子数126的同位素208Pb,就具有双幻数,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-梅耶约翰内斯·延森等人建立了原子核的核壳层模型。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字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壳层填满,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,[1]随后又发现63032也可能是新的幻数。
  • 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。[2]
  • 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丰度相对较高: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. ^ 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. 
  2. ^ 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

  • 元素周期表
  • 核壳层模型
  • 稳定岛