確保元素更穩定的魔法數字失效？氧最重同位素行為違背預期

科學家終於檢測到從未見過的氧最重同位素「氧-28」，但越來越多矛盾也跟著出現。原子物理學中的「神奇數字」特性表明氧-28 應該是個穩定同位素，然而科學家發現其穩定性明顯低於預期，說明我們對強核力的理解可能有問題。

同位素（Isotope）指同一化學元素下的不同核種，所有同位素都具相同質子數（原子序數），但中子數不同，因此質量數也不同──原子名稱後面的數字，代表原子核內質子與中子數的和。

氧共有 18 個已知同位素，天然存在且穩定的氧同位素有 3 個，分別為氧-16、氧-17、氧-18，其中氧-16 豐度達 99.76%，也就是我們平常最主要呼吸到的氧。

而之前從未有人檢測過的氧-28，是氧原子核內中子數最多的氧同位素，由 20 個中子與 8 個質子以強核力結合在一起。

根據目前理論，質子和中子填充原子核內的「殼」，殼內充滿特定數量的質子或中子都會表現出比其他構型更強的結合能量，從而形成穩定非放射性同位素，這些特定數目也因此被稱為魔法數字，包括： 2、8、20、28、50、82、126；擁有 8 個質子和 8 個中子的氧-16 就是穩定同位素的最佳例子。

也因此，科學家認為擁有 20 個中子與 8 個質子的氧-28 也會是穩定同位素。

然而當日本東京工業大學 Yosuke Kondo 團隊首次檢測到氧-27 和氧-28 後，卻發現它迅速衰變成較輕的氧-24，讓我們開始懷疑 20 是否為中子的魔法數字。

由於觀察結果與理論預測不一致，加上橡樹嶺國家實驗室的模擬表明氧-28 並非束縛核，這也可能意味著有更多物理學家不知道的力將原子核結合在一起。

此外，科學家表示，我們目前不知道原子核內質子與中子可以穩定結合的極限數量到哪，或許當我們接近極限，傳統的核殼模型方法就不再適用。新論文發表在《自然》期刊。

• Rare oxygen isotope detected at last — and it defies expectations
• Exploring light neutron-rich nuclei: First observation of oxygen-28
• Scientists Have Observed a Never-Before-Seen Form of Oxygen
• ‘Doubly magic’ rare isotope oxygen-28 can’t overcome its neutron-rich instability

（首圖來源：橡樹嶺國家實驗室）