發現幻數失效新地帶，首在質子、中子數對稱核素區找到「反轉島」
在原子核這個微小卻複雜的世界裡，「核殼層模型」與「幻數」長期被用來解釋為何某些核素特別穩定，並依此劃分穩定島、反轉島──前者是穩定核素「安全區」，後者則是幻數失效、原子核劇烈變形的「異常區」。
過去共識認為，反轉島通常出現在中子特別多、質子與中子數極不對稱的奇異原子核區域，但一項新研究卻在質子數與中子數幾乎完全相同的鉬同位素中，意外發現新的反轉島，這項結果不只打破「反轉島主要存於核種圖富中子地帶」，也指出若不將三核力與質子─中子對稱性納入理論，現行核模型將難以正確描繪關鍵核結構行為。
核物理學有個很重要的概念：核殼層模型（shell model）。就像電子根據能量高低有自己的軌域與能階，原子核內質子、中子也佔據不同量子能階，形成類似洋蔥分層的殼層結構，當質子或中子以特定數目（2、8、20、28、50、82、126）填滿一個殼層，該原子核就會特別穩定且形狀通常呈完美球形。
這些特定數字被稱為幻數（magic number），核種圖上質子數、中子數都接近「幻數」的區域則被稱為穩定島（Island of Stability），這裡通常存在一些半衰期較長（可能長達數秒、數分鐘甚至更久）的超重元素同位素。
穩定島 vs. 反轉島
同時物理實驗也發現幻數魔力在面對某些富中子的奇異原子核時會「失效」，原本應該呈現穩定閉殼層的原子核不再表現穩定性而是強烈變形，核種圖上出現這種罕見情況的核素落在被稱為反轉島（Islands of Inversion）的區域。
過去已知反轉島區域主要出現在中子數 N = 8、20、40 附近的豐中子同位素，或者說原子核內質子數、中子數差異大，比如鈹-12（N = 8）、鎂-32（N = 20）、鉻-64（N = 40）。
但最近，韓國奇異核子研究中心（CENS）、韓國基礎科學研究院（IBS）、義大利帕多瓦大學、密西根州立大學、法國史特拉斯堡大學等機構合作的一項國際新研究，揭開完全出乎意料的事情：研究人員竟在核種圖上質子數、中子數量最對稱的區域發現反轉島。
只差 2 個中子的原子核，表現截然不同
研究團隊重點關注鉬的 2 種同位素：鉬-84（Z = N = 42）、鉬-86（Z = 42，N = 44），這 2 種同位素僅相差 2 個中子，位於核種圖 N = Z 線上或附近。
當研究人員利用鉬-92 束撞擊初級鈹靶產生快速移動的鉬-86 原子核，再引導鉬-86 原子核撞擊次級鈹靶，一些鉬-86 進入激發態，一些則失去 2 個中子轉變成鉬-84，等這些原子核回到基態，它們會發射攜帶內部結構詳細資訊的伽馬射線。
研究人員使用 GRETINA、TRIPLEX 儀器記錄實驗數據，再與 GEANT4 蒙特卡羅軟體包模擬進行比較，能確認第一激發態壽命並推斷原子核變形強度。
測量結果卻發現鉬-84、鉬-86 表現截然不同，鉬-84 顯現異常大動作的集體運動──許多質子和中子正一起穿越主要殼層間隙，一些核子跳躍到較高能量軌域，在較低能量軌域留下空位，參與跳躍的核子越多，原子核變形就越強烈。
更重要的是，模型表明沒有三核力（三個核子共同作用的力）就無法引發這種變形，傳統兩核力模型無法生成此番觀察到的結構。
相較之下鉬-86 變形程度小得多，也就是說，鉬-84、鉬-86 雖然只相差 2 個中子，但鉬-84 位於新發現的反轉島區域，Mo-86 則不在該區域內。
這項研究挑戰核物理學長期以來對反轉島位置的認知，過去認為反轉島只在「中子過多」的邊緣地帶出現，現在發現「質子中子數量平衡」的區域也存在反轉島；此外，研究還提醒現有核物理理論模型需考慮「三核力」與質子-中子對稱性參與集體運動的效果，才能正確描述這些微小物質行為。
（首圖來源：AI 生成）