幻数 (物理学)：修订间差异

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2024年1月16日 (二) 08:57的最新版本

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

^ ^1.0 ^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.
^ 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.
^ 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

[Nuchemistry-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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-[[File:Table isotopes en.svg|300px|right|thumb|同位素穩定性圖表。]]
 {{missing information|超重元素幻数（英文维基Kratz 2011）}}
+{{NoteTA
-'''幻数'''（{{lang-en|Magic Number}}），又稱'''魔數'''，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。
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+|G2=Physics
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+}}
+[[File:Isotopes and half-life.svg|350px|right|thumb|展示[[核素]]穩定性的[[核素圖]]]]
+'''幻数'''（{{lang-en|Magic Number}}），又稱'''魔數'''、'''巧數'''<ref name="Nuchemistry">{{cite book|author=魏明通|title=核化學|url=http://books.google.com/books?id=S8wRoI6d4T0C&pg=PA191|year=2005|publisher=五南圖書出版股份有限公司|isbn=978-957-11-3632-5}}</ref>，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（[[放射性]][[超鈾元素]][[穩定島]]）這七個幻數。{{OEIS|id=A018226}}
+目前已经确认的幻数有：2、8、20、28、50、82、126這七個幻數。{{OEIS|id=A018226}}
-自然界广泛存在的[[氦]]、[[氧]]、[[钙]]、[[镍]]、[[锡]]、[[铅]]元素的质子或中子数分别与2到82的幻数相对应。质子数为126的元素目前尚未发现。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'''。例如自然界存在质子数82、中子数126的[[铅]]同位素<sup>208</sup>Pb，就具有双幻数，显得异常稳定。
+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[[穩定核素|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#物理學|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[[铅的同位素|铅同位素]]<sup>208</sup>Pb，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[[迈耶]]和[[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。
+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 ==
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 == 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殼層填滿，所以也是幻数：
+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，<ref>{{cite journal |last1=Ozawa |first1=A. |last2=Kobayashi |first2=T. |last3=Suzuki |first3=T. |last4=Yoshida |first4=K. |last5=Tanihata |first5=I. |title=A new magic number, N=16, Near to the neutron drip-line |journal=Physical Review Letters |date=2000-06-12 |volume=84 |issue=24 |pages=5493–5495 |doi=10.1103/PhysRevLett.84.5493}}</ref>随后又发现[[6]]、[[30]]、[[32]]也可能是新的幻数。
+* 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，<ref>{{cite journal |last1=Ozawa |first1=A. |last2=Kobayashi |first2=T. |last3=Suzuki |first3=T. |last4=Yoshida |first4=K. |last5=Tanihata |first5=I. |title=A new magic number, N=16, Near to the neutron drip-line |journal=Physical Review Letters |date=2000-06-12 |volume=84 |issue=24 |pages=5493–5495 |doi=10.1103/PhysRevLett.84.5493}}</ref>随后又发现[[6]]、[[30]]、[[32]]也可能是新的幻数。<ref name="Nuchemistry"/>
 * 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<sup>42</sup>Si的原子核稳定性很高，表明[[14]]可能也是一个幻数。<ref>{{cite journal |last1=Fridmann |first1=J |last2=Wiedenhöver |first2=I |last3=Gade |first3=A |last4=Baby |first4=LT |last5=Bazin |first5=D |last6=Brown |first6=BA |last7=Campbell |first7=CM |last8=Cook |first8=JM |last9=Cottle |first9=PD |last10=Diffenderfer |first10=E |last11=Dinca |first11=DC |last12=Glasmacher |first12=T |last13=Hansen |first13=PG |last14=Kemper |first14=KW |last15=Lecouey |first15=JL |last16=Mueller |first16=WF |last17=Olliver |first17=H |last18=Rodriguez-Vieitez |first18=E |last19=Terry |first19=JR |last20=Tostevin |first20=JA |last21=Yoneda |first21=K |title='Magic' nucleus 42Si. |journal=Nature |date=2005-06-16 |volume=435 |issue=7044 |pages=922-4 |doi=10.1038/nature03619 |pmid=15959511 |url=https://www.researchgate.net/publication/7782820}}</ref>
+* 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（[[整數數列線上大全|OEIS]]数列[[oeis:A212124|A018226]]）
 == 参考文献 ==
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