發現新質子幻數，揭示原子核穩定性新規則
核物理學中，幻數代表能使原子核更穩定的特定質子數或中子數，目前已確認的幻數有 7 個。最近，物理學家在測量一種不穩定的矽同位素「矽-22」質量後發現新質子幻數 14，為核結構提供關鍵見解，也揭示原子核穩定性新規則，對研究宇宙元素形成及核力理論具重要意義。
原子核由質子和中子組成，當質子數或中子數為特定幻數（Magic Number）：2、8、20、28、50、82、126，由於核子以集體形式填滿某個能階，不易向更高能階躍遷，導致原子核展現更高穩定性；幻數的存在也是核殼層模型重要證據，證明核子（質子、中子）具有類似電子的殼層結構。
自然界廣泛存在的氦、氧、鈣、鎳、錫、鉛元素，質子數分別與 2、8、20、28、50、82 幻數相對應，因此這些元素都具多個穩定天然同位素，錫更是擁有最多穩定同位素的元素。
近年來，對奇異原子核的研究已確定新中子幻數 14、16、32、34，比如氧-22 同位素（14 個中子和 8 個質子）的中子數就具幻數特性，但新的質子幻數仍然很少見。
基於核鏡像對稱理論，物理學家預測氧-22 的鏡像同位素矽-22（8 個中子和 14 個質子），其質子數 14 應該也是幻數，然而矽-22 產量低且半衰期短，無論製造還是測量都極具挑戰性，因此理論迄今未能驗證。
直到最近，中國科學院現代物理學研究所（IMP）團隊使用改進的質譜技術，成功測量矽-22 基態質量，藉此計算矽-22 的質子配對能，並將其與氧-22 中子配對能進行比較，從而揭示新的質子幻數 14。
研究還發現與氧-22 的中子分布相比，矽-22 的質子空間分布更加分散，表現出輕微對稱性破缺（Symmetry breaking）。
這些發現不僅可深入了解宇宙元素如何形成，還可以增強理解結合原子核的作用力。
新論文發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）。
（首圖為示意圖，來源：pixabay）