登錄在 APS viewpoint 十一月的文章,有一篇是 Prof. Daniel Bazin 寫的,

題目是 Doubly Magic Nickel (link)

 

viewpoint 系列的文章,通常是介紹某個物理領域中的重要研究,

但是是以較淺顯的方式介紹,使其他物理分支的研究者,也可以瞭解。

 


 

科學家發現到惰性氣體,像是Xe, Ar都有特別穩定的化學性質,

因為電子填滿了整了shell,

要使電子從一個shell 到另外個shell,所需要的能量很大,

所以電子很難被搬動,也使的外界很難跟這些惰性氣體作用。

 

在原子核(中子與質子所組成的)也有這中類似 "惰性氣體"的原子核,

不過不同的是,電子的shell是由原子核的位能產生的,

但原子核的shell,是由自己的位能生的。

 

 

如果你剛好有學到量子物理 (物理系大三會修),

那你一定會看過下面的無限位能井的例題, a square well with V = - infinity,

它雖然是虛構的,但是有很多重要的概念都包含了。

這裡,對於沒有學過的人來說,

只要記得,energy shell的概念就好了,

每個shell能放的質子或中子的數量是不同的。

在 nuclear physics中所指的 magic number 就是這些energy shell 可以放最多的數量,

當你放了 2, 8, 20, 28, 50, 82, and 126 個中子或質子時,

原子核就會"比較" 穩定。

 

 

78Ni 是由 28個質子(Z=28), 50個中子(N=50)所組成的,

中子與質子都是magic number,

所以又稱 doubly magic nuclei.

但他有著分常大的 (N-Z),

也就是說它有著非常非常大的非對稱,使得78Ni只能存在個幾秒(0.11 s)左右

就經由 beta decay變成別種原子核 (78Cu)

因此78Ni不能從自然界取成,實驗室也很難產生它來研究。

 

因為有著很大的 N-Z,這可能使shell structure改變,

也就是 上一層的shell能量變低,而下一層的shell能量變高,

使的兩個shell 能量交換。 這麼一來, N= 50就不會再是 magic number了,

因為在shell交換後,N=50,沒辦法把整個shell填滿。

 

因為如此78Ni 吸引了很多科學家的目光,

想探索,對於78Ni, N=50 還是不是一個closed shell.

有兩個獨立的實驗,

其一是用 80Zn 去撞某個target,使80Zn 失去一個質子,來產生79Cu.

1H( 80Zn, 2p g) 79Cu,

79Cu 會繼續衰變而稱生, 78Ni + p (質子)。

這時候我們可以偵測 質子的數量,以及質子的方向,經過理論計算,

用 doubly magic nuclei 來解釋 78Ni 會最能解釋觀察到的質子分分佈。

 

 

其二是

測量 75Cu, 76Cu, ..., 79Cu 的質量,因為質量跟binding energy 是有直接的關連的,

而後我們可以從這些質量的變化來探索energy shell 的演變,

實驗結果也是一樣的, N=50 還是一個closed shell for 78Ni.

 

 

 

 

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