原子核是由質(zhì)子和中子組成的，它們被強(qiáng)相互作用力緊緊地粘在一起。但是，不是所有的核子都是平等的。有些核子比其他核子更穩(wěn)定，更容易存在。這些核子的質(zhì)子數(shù)或中子數(shù)恰好等于一些特殊的數(shù)字，比如2，8，20，28，50，82，126等。這些數(shù)字被稱(chēng)為幻數(shù)，因?yàn)樗鼈兙哂幸恍┢婷畹男再|(zhì)。

幻數(shù)的一個(gè)重要性質(zhì)是，當(dāng)一個(gè)核子的質(zhì)子數(shù)或中子數(shù)等于一個(gè)幻數(shù)時(shí)，它的最外層的核子就會(huì)填滿(mǎn)一個(gè)完整的能級(jí)。這就像電子在原子中的情況一樣，當(dāng)電子填滿(mǎn)一個(gè)殼層時(shí)，原子就會(huì)變得更穩(wěn)定。這種情況下，我們說(shuō)這個(gè)核子是閉殼層的。閉殼層的核子比其他核子更難被分裂或衰變，因?yàn)樗鼈兊慕Y(jié)合能更高，需要更多的能量才能打破它們。

幻數(shù)的另一個(gè)重要性質(zhì)是，當(dāng)一個(gè)核子的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都等于一個(gè)幻數(shù)時(shí)，它就會(huì)變得更加穩(wěn)定，甚至可以超越其他核子的穩(wěn)定性。這種情況下，我們說(shuō)這個(gè)核子是雙幻數(shù)的。雙幻數(shù)的核子是一些最穩(wěn)定的核子，它們的壽命可以達(dá)到幾十億年，甚至永遠(yuǎn)不衰變。例如，鉛-208（82個(gè)質(zhì)子和126個(gè)中子）就是一個(gè)雙幻數(shù)的核子，它是所有核子中最重的穩(wěn)定核子。

新發(fā)現(xiàn)的同位素

幻數(shù)的理論是基于一個(gè)簡(jiǎn)單的假設(shè)，即核子在原子核中的運(yùn)動(dòng)可以用一個(gè)球形的勢(shì)阱來(lái)描述。這個(gè)勢(shì)阱的形狀和大小取決于核子的總數(shù)。然而，這個(gè)假設(shè)并不總是成立的。有些核子的形狀并不是球形的，而是橢球形的，或者有些其他的變形。這些變形會(huì)影響核子的能級(jí)和穩(wěn)定性，導(dǎo)致一些新的幻數(shù)的出現(xiàn)，或者一些舊的幻數(shù)的消失。這些現(xiàn)象在核子的兩個(gè)極端，即富中子和富質(zhì)子的情況下，尤為明顯。

最近，在中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所的強(qiáng)流重離子加速器上，成功地合成了兩種新的富質(zhì)子核子，即鋨-160（76個(gè)質(zhì)子和84個(gè)中子）和鎢-156（74個(gè)質(zhì)子和82個(gè)中子）。這兩種核子都是通過(guò)將鎘-106和鎳-58的原子核碰撞在一起，然后剝離掉四個(gè)中子的方式產(chǎn)生的。這個(gè)過(guò)程非常復(fù)雜，因?yàn)樗枰_地控制碰撞的能量和角度，以及有效地分辨和檢測(cè)產(chǎn)生的核子。

鋨-160和鎢-156的發(fā)現(xiàn)是非常重要的，因?yàn)樗鼈兘沂玖艘粋€(gè)有趣的現(xiàn)象，即N=82的幻數(shù)在富質(zhì)子核子中變得更強(qiáng)。N=82是一個(gè)非常重要的幻數(shù)，它對(duì)應(yīng)于中子的第六個(gè)能級(jí)的填滿(mǎn)。在中子數(shù)接近或等于82的核子中，這個(gè)能級(jí)會(huì)形成一個(gè)很大的能隙，使得核子的結(jié)合能顯著增加，從而增強(qiáng)了核子的穩(wěn)定性。

然而，當(dāng)我們繼續(xù)增加質(zhì)子數(shù)，減少中子數(shù)的時(shí)候，N=82的幻數(shù)會(huì)不會(huì)保持呢？根據(jù)簡(jiǎn)單的球形勢(shì)阱模型，我們預(yù)期這個(gè)幻數(shù)會(huì)逐漸減弱，甚至消失，因?yàn)楹俗拥男螤顣?huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致能級(jí)的重新排列。然而，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)的結(jié)果卻與這個(gè)預(yù)期相反。

他們測(cè)量了鋨-160的α衰變，即它會(huì)放出一個(gè)氦-4的核子，變成鎢-156。他們發(fā)現(xiàn)，鋨-160的α衰變能量為7080 (26) keV，而它的半衰期為201 58 ?37 μs。這兩個(gè)數(shù)據(jù)都比預(yù)期的要大，說(shuō)明鋨-160比預(yù)期的要穩(wěn)定。同樣，他們發(fā)現(xiàn)鎢-156是一個(gè)β 衰變，即它會(huì)放出一個(gè)正電子，變成鉭-156。他們發(fā)現(xiàn)，鎢-156的半衰期為291 86 ?61 ms，也比預(yù)期的要大，說(shuō)明鎢-156也比預(yù)期的要穩(wěn)定。

為了解釋這些結(jié)果，他們引入了一個(gè)參數(shù)，叫做α衰變的約化寬度（δ2）。這個(gè)參數(shù)可以衡量α衰變的概率，它與核子的結(jié)合能和形狀有關(guān)。他們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于N=84的同中子數(shù)核子，從錫（Z=50）到鋨（Z=76），這個(gè)參數(shù)隨著原子序數(shù)的增加而減小。這意味著，隨著質(zhì)子數(shù)的增加，N=82的能隙變得更大，N=82的幻數(shù)變得更強(qiáng)。這與理論模型的預(yù)測(cè)相一致，這些模型考慮了核子的變形和相互作用的細(xì)節(jié)。這些模型也預(yù)測(cè)，如果我們繼續(xù)增加質(zhì)子數(shù)，直到Z=82，也就是鉛，我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的雙幻數(shù)核子，即鉛-164（82個(gè)質(zhì)子和82個(gè)中子）。這個(gè)核子的存在還沒(méi)有被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，但它可能是一個(gè)非常有趣的研究對(duì)象。