幻数 (物理学)

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

展示核素稳定性的核素图

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）

自然界广泛存在的氦、氧、钙、镍、锡、铅元素的质子数分别与2到82的幻数相对应，这些元素都具有多个稳定的天然同位素，其中锡更是拥有最多稳定同位素的元素。而质子数为126的元素Ubh目前尚未发现，预计其处于放射性超重元素稳定岛的中央，故可能具有相对极长的半衰期。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。例如质子数82、中子数126的铅同位素²⁰⁸Pb，就具有双幻数，从而显得异常稳定。

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，^[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. 魏明通. 核化學. 五南图书出版股份有限公司. 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

• 元素周期表
• 核壳层模型
• 稳定岛