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幻數 (物理學)

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展示核種穩定性的核種圖

幻數(英語:Magic Number),又稱魔數巧數[1],是指原子核質子數中子數的某個特定數值。當質子數或中子數為幻數,或者二者取值均為幻數時,原子核會顯示出較高的穩定性。

目前已經確認的幻數有:2、8、20、28、50、82、126這七個幻數。(OEIS數列A018226

自然界廣泛存在的元素的質子數分別與2到82的幻數相對應,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。而質子數為126的元素Ubh目前尚未發現,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。當原子核之質子數和中子數皆為幻數時,這樣的情況稱為雙幻數。例如質子數82、中子數126的鉛同位素208Pb,就具有雙幻數,從而顯得異常穩定。

一般認為,幻數的存在反映了原子核具有「殼層結構」。1949年德國物理學家瑪麗亞·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。當原子核中存在幻數時,核子以集體的形式充滿了某個能階,沒有核子向更高的能階躍遷,因此這些原子核相當穩定。

原子核形狀

其他理論

有些科學家在別的核子數目中也發現了較高的穩定性,認為這說明這些數字也會造成次殼層填滿,所以也是幻數:

  • 2000年5月日本物理學家發表論文稱16有可能也是一個幻數,[2]隨後又發現63032也可能是新的幻數。[1]
  • 2005年6月,英國和美國科學家發表論文稱,人造放射性同位素42Si的原子核穩定性很高,表明14可能也是一個幻數。[3]
  • 除此之外,還有人發現了一些比較次要的幻數,但其依然造成其元素豐度相對較高:比如6(),14(矽),16(),32(),38(),40(),58(),70(),92()等(OEIS數列A018226

參考文獻

  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. 

參閱