推翻雙魔數原子核理論: ²⁸O的發現

元素物理學和核物理學的研究，對於人類的科學和文明進步都有著重要的貢獻，這些領域的研究有助於我們更好地理解物質的基本組成和性質，從而推動科學技術的發展。當今核物理學最活躍的領域之一，是研究具有不尋常中子數與質子數的比例的元素，這類研究內容可以幫助科學家更理解原子核的性質。在這門科學中，最令科學家感到興趣的是擁有「魔數 (magic number)」質子或中子的原子核，這樣的原子核往往特別穩定。魔數質子、魔數中子指的是具有特定數量的質子、中子，最常見的魔數為2、8、20、28、50、82和126，只要原子核中的質子數或中子數為魔數，核子會填滿某個能階，形成封閉的殼層，使原子核更穩定。當質子數和中子數都是魔數時，該原子核會極度穩定，目前有許多雙魔數原子核已被研究，例如N/Z=1 (N=中子數；Z=質子數) 的⁴He、¹⁶O，然而N/Z值較極端的²⁸O (N/Z=2.5) 卻未被發現。目前有理論證明²⁸O是唯一一個極端N/Z值例子中可以透過實驗取得的原子核，那麼科學家有辦法找出²⁸O並研究其性質嗎?

近日，日本東京工業大學的研究團隊成功發現了²⁸O，也測試了它的性質。研究人員利用日本理研仁科中心的粒子加速器來執行這項研究，他們利用⁴⁸Ca 轟擊鈹箔產生²⁹F，接著再將²⁹F分離出來並轟擊液氫靶材，使²⁹F失去一個質子，形成²⁸O。然而在²⁸O的性質研究中，研究人員發現²⁸O不具備雙魔數原子核的穩定性，²⁸O只有辦法穩定存在一小段時間，隨後便失去4個中子，衰變成²⁴O。這證明了原子核其實並不具備封閉的中子殼層，也推翻了原本中子殼層與殼層間預測的能隙。