日本理化研究所日前宣布，该所科学家谷畑勇夫再次发现了新的物理学“幻数”。
据《日本经济新闻》５日报道，原子核是由质子和中子构成，在质子数和中子数为某个特定数值或两者均为这一数值时，原子核的稳定性就比平均值大。这些数值被称为“幻数”。迄今已知的幻数有２、８、２０、２８、５０、８２、１２６。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。质子数和中子数均为126的元素目前尚未发现。当原子核中质子和中子数都为幻数时，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Pb，就具有双幻数，显得异常稳定。
幻数的存在是原子核有“壳层结构[1]”的反映，表示相同的粒子以集团的形式构成结合状态，就会出现某种秩序，并且决定原子核的性质。１９４９年，德国核物理学家迈耶和延森等人用轨道和自旋相互作用来解释这种现象，并建立了“壳层模型”，他们由此而获得１９６３年诺贝尔奖。此后的物理学界一直认为，幻数是固定不变的。
谷畑勇夫使用特殊的装置——重离子加速器，人工制作出了中子数目多的原子核，即中子数量过剩的原子核，并对保持稳定状态的中子进行研究，结果发现中子数为６、３０和３２时，原子核不容易遭破坏。他认为这是新的“幻数”。２０００年５月，他曾经发现幻数“１６”。
这位科学家认为，在中子数量过剩的原子核里，存在着与一般原子核不同的幻数系列，这些发现有助于解释为什么在宇宙中某些特定元素比较多的现象。
不过，事实证明还存在其他的幻数。英国萨里大学和美国佛罗里达州立大学的科学家在在16日出版的《自然》杂志上最新报告中指出，他们发现具有放射性的人造硅同位素———硅42具有14个质子，28个中子，结构异常稳定，似乎具有双幻数。
研究人员指出，8和20之间存在一些小的能量级，但由于量级差别不大，因此并不能表现出幻数，这也是普通质子和中子均为14的硅不像其他“幻数元素”那样稳定的原因。不过，科学家指出，随着原子核粒子的增多，粒子的相对量级可能就会发生改变，他们认为，人造硅42因为比普通硅原子中多了14个中子，因此使14也成为了一个幻数。
科学家说，寻找幻数对开发众多“多中子同位素”相当关键。理解原子核的量级结构对量子理论也是一种检验，同时，对于理解发生一系列核反应的超新星爆炸也很重要。恒星爆炸死亡创造了所有比铁重的元素。爆炸过程中，大量的中子被释放出来，与原子相结合，短暂地出现了与硅42类似的“多中子同位素”。
实验表明，自然界存在一系列幻数核，即当原子核内的质子数或中子数为2, 8, 20, 28, 50, 82和126时原子核特别稳定。例如，Z >32并为偶数的稳定核素中，同位素的丰度一般都不大可能超过50%，但是三种属于幻数核的核素的丰度却都在70%以上。又例如，中子数为50、82和126的原子核俘获中子的概率比邻近核素小得多，表明这种核不易再结合一个中子。再例如，幻数核的第一激发态能量约为2 MeV，比邻近核素的要大得多，特别是的第一激发态的能量却为2.61 MeV，是最大的。幻数核的存在，立即使人们想到原子序数等于2, 10, 18, 36, 54, …时元素表现出特别稳定性的情形，原子的壳层结构对此作出了圆满的解释。
核素性质所表现的周期性以及幻数核的事实是否也可以用原子核的壳层结构给予解释呢？人们仿照核外电子处于由原子核提供的有心势场中相对独立的运动，求解薛定谔方程，考虑到泡利不相容原理后，立即得到了原子壳层结构的情形，也假设原子核内每个核子都是在由其他核子提供的平均势场中作相对独立的运动，求解薛定谔方程，然后考虑到质子和中子都是费米子也应遵从泡利不相容原理，试图得到原子核的壳层结构。在这里，以何种形式表示核子所处势场，则是至关重要的。人们曾经将核子所处势场表示为谐振子势，方阱势，或费米型势，但都只能得到2, 8, 20三个幻数。要得到全部幻数，必须对核势场作更深入的分析。
1949年迈耶尔(M.G.Mayer)和简森(J.H.D.Jensen)提出，核子所处势场应该是在方势阱中加入核子的自旋-轨道耦合作用项。考虑了核子的自旋-轨道耦合作用之后，引起了能级的分裂，凡是l > 0的所有能级都一分为二，即分裂为j = l -1/2和 j = l + 1/2两个能级，并且分裂后能级的间距随l的增大而增大，使能级分布表现出明显的相对集中的情形，即显示了清晰的壳层结构，如图18-5所示。由图中可以清楚地看到，壳层结构给出了2, 8, 20, 28, 50, 82和126全部幻数。这里应该特别强调的是，原子核的壳层结构并不表示核子的空间分布，而是表示核子的能量分布，核子的空间分布应该由描述核子量子态的波函数的模所决定的空间概率来表示。
原子核的壳层结构模型不仅给出了全部幻数，说明了幻数核的稳定性，而且相当好地解释了大多数原子核基态的自旋和宇称。但是壳层模型也存在一定缺陷，如对核电四极矩的计算值与实验值相差很大，对核能级之间跃迁速率的计算值远低于实验值等。
