如果你问一个核物理学家:
为什么有些原子核特别稳定?
![]()
他大概率会先沉默三秒,然后叹口气,说一句非常学术的话:
这事儿吧,很复杂。
翻译成人话就是:
我们知道它存在,但我们一直没完全搞明白它为啥存在。
在元素周期表的世界里,质子数决定“你是谁”,但中子数决定“你能活多久”。
同一个元素,可以有很多同位素。有的稳如老狗,有的活不过一秒就开始辐射。
但神奇的是,当质子数或中子数等于某几个特定数字时,原子核会突然变得异常稳定。
不是一般的稳,是那种:
别人都在摆烂,你却能卷到宇宙尽头。
这些数字就是所谓的“魔数”。
2
8
20
28
50
82
126
听起来像彩票开奖,但它们真实存在。
比如锡-132。
![]()
50个质子,82个中子。
双魔数核。
核界天选之子。
如果原子核有段位,这种就是王者。
问题来了。
这些数字从哪来的?
你以为物理学家早就解释清楚了?
不。
我们其实是先发现了魔数,然后再试图解释。
就像人类先吃辣条,再研究辣条配方。
过去几十年里,大家一直用一个叫“壳模型”的东西来理解它。
这个模型的思路非常朴素。
电子在原子里会一层层填轨道,对吧?
填满一层,就稳定。
那原子核里的质子和中子,是不是也在类似的“轨道”里活动?
于是人们假设:
核子也有能级壳。
![]()
填满一层,就稳定。
魔数就是“填满壳”的标志。
这个模型在预测上非常成功。
成功到什么程度?
基本可以说:
指哪打哪。
你问哪个核稳定,它大概率能答对。
但问题在于,它像个经验主义老中医。
能治病,但说不清原理。
因为它没有真正从“强相互作用”推出来。
而强相互作用才是原子核的地基。
没有它,质子之间的电斥力早就把核撕成碎片。
换句话说:
壳模型描述了现象,却没解释本质。
属于“知其然,不知其所以然”。
与此同时,另一派物理学家在走更硬核的路线。
他们试图从第一性原理出发。
也就是直接从质子和中子之间的真实相互作用推演一切。
不靠经验,不靠调参。
但这条路难到什么程度?
难到算出来的东西往往看不见壳结构。
就像你明明在研究人类社会,却算不出“阶层”这个概念。
于是核物理界长期处于一种诡异状态:
一边是壳模型,能预测,但像外挂
一边是第一性原理,很真实,但不好用
两边互相看不顺眼。
这次,中山大学丁晨荣团队干了一件挺狠的事。
他们不再纠结“单个核子在哪一层”。
而是直接看整个系统。
因为在量子世界里,你根本看不到单个粒子的“轨道”。
真正存在的,是整体波函数。
一个原子核,不是质子加中子的简单拼装。
它更像一个微信群。
里面充满:
两体互动
三体八卦
群体联动
甚至你都分不清谁在影响谁。
于是他们从这个整体波函数出发。
不强行假设壳结构。
而是问一个问题:
如果只考虑真实相互作用,壳结构会不会自己长出来?
他们选了一个“学霸级样本”:
锡-132。
双魔数核,50质子+82中子。
核界六边形战士。
当他们用一种“低分辨率视角”去看整个系统,也就是不盯细节,而看整体行为时,神奇的事情发生了。
壳结构出现了。
不是手动加的。
不是模型设定的。
而是自然涌现。
就像你把一群人放进城市里,阶层自己就形成了。
更关键的是:
经典魔数没变。
50还在
82还在
这意味着什么?
意味着壳模型可能不是错的。
它只是一个“宏观现象”。
就像温度不是分子的属性,而是集体运动的结果。
壳结构,也许是强相互作用在多体系统中的“群体行为”。
说直白点:
魔数不是天降设定。
而是物理自己卷出来的。
这项发表在
Physical Review Letters
的研究,真正重要的地方不在于解释了旧现象。
而在于它打通了两条理论路线。
经验模型
第一性原理
终于握手言和。
就像文科和理科突然互相理解了。
这意味着什么?
意味着未来我们可以不用靠“玄学调参”去猜哪些超重元素能活下来。
可以直接从基本相互作用预测:
稳定岛在哪
极端核怎么形成
宇宙里重元素如何诞生
金、铀这些元素,并不是恒星慢慢炼出来的。
它们来自中子星并合这种宇宙级事故现场。
而这些过程的核心,就是极端核稳定性。
理解魔数,本质上是在理解宇宙如何制造物质。
所以说。
魔数不再只是教材里的神秘数字。
它可能是强相互作用在复杂量子世界中的一种“集体现象”。
一种从混乱中自动形成的秩序。
像内卷
像流量分层
像互联网鄙视链
看似人为,其实是系统自发。
参考文献
C. R. Ding et al.
From Spin to Pseudospin Symmetry: The Origin of Magic Numbers in Nuclear Structure
Physical Review Letters (2026)
DOI: 10.1103/8lzc-j1lx
arXiv: 2504.09148
特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.