Minden nyom a magban keresendő
Az atommag stabilitása nem egyszerűen attól függ, hány protonból és neutronból áll egy elem. Noha logikusnak tűnhet, hogy a könnyebb magok mindig masszívabbak, a valóság ennél összetettebb. Például a szén-14 és a kálium-40 egyik sem kimondottan könnyű, mégis évmilliárdokig fennmaradnak, sőt, alapvetően meghatározzák a Föld háttérsugárzását is.
De vannak olyan elemek, például az oganeszon-294 és a tennesszin-294, amelyek szinte azonnal elbomlanak. Ezzel szemben a stabilitás csúcsán álló ólom-208 ősidők óta létezik, és várhatóan az idők végezetéig fennmarad.
Mi teszi varázslatossá ezeket a számokat?
A fizikusok már a múlt század közepén felfigyeltek arra, hogy a protonok és neutronok bizonyos számai – ezek: 2, 8, 20, 28, 50, 82 és 126 – különös stabilitást adnak a magoknak. A hélium-4 például két protont és két neutront tartalmaz, magja rendkívül szívós, nem csoda, hogy ez az alfa-részecske is kiemelten stabil. Hasonlóan mágikus a kalcium-40 vagy az ólom-208 – előbbiben 20, utóbbiban 82 proton és 126 neutron található.
A maghéjmodell forradalma
A maghéjmodell segít megérteni ezt a jelenséget: a protonok és neutronok a magban olyan energiaszinteken helyezkednek el, mint az elektronok az atom körül. Ha ezek a héjak megtelnek – vagyis éppen a varázsszámnak megfelelő számú proton vagy neutron helyezkedik el bennük –, a mag szerkezete teljesen merev és gömbszerű lesz, jelentősen csökkentve a bomlási hajlamot. Ilyenkor az összetartó (kötési) energia részecskénként is messze átlag feletti.
Az izotópok lehetnek egyszeresen mágikusak (ha csak protonból vagy neutronból varázsszám található bennük), vagy duplán mágikusak, amikor mindkettő eléri a kritikus értéket. Ezek a duplán mágikus magok rendkívül ritkák, ugyanakkor teljesen szimmetrikus, szabályos felépítésűek.
Meddig tart a varázslat?
Összességében elmondható, hogy a varázsszámok forradalmi jelentőségűek az atomfizikában, ám az, hogy a modell meddig alkalmazható, bizonytalan. Például az ón-100, a legnehezebb duplán mágikus atommag mindössze néhány másodperc alatt elbomlik, az utána következő, elvileg még nagyobb stabilitású elemeket pedig az emberiség még nem tudta előállítani. Ezért mind a kutatók, mind a mesterséges intelligencia számára nyitott kérdés marad, mit is tartogat a periódusos rendszer nyolcadik sora.
