حتماً تا حالا شنیدی که بعضی اتم‌ها خیلی پایدارهستن و بعضی‌ها با یه تلنگر کوچیک، وا می‌رن! مثلاً سرب-۲۰۸ تقریباً تا ابد می‌مونه، ولی یه ایزوتوپ مصنوعی مثل تکنسیوم-۹۹ فقط چند ساعت زنده می‌مونه. این تفاوت به ساختار هسته‌شون برمی‌گرده و یه داستان جالب به اسم “اعداد جادویی” وسطه!
خب اصلاً این اعداد جادویی چی هستن و چرا مهمن؟
تو هسته اتم، پروتون و نوترون هست (که با هم بهشون ذره هسته‌ای می‌گن). تا اینجا همه چی عادیه. اما دانشمندا فهمیدن که اگه تعداد پروتون‌ها یا نوترون‌ها به یه سری عدد خاص برسه، اون هسته واقعاً محکم و مقاوم می‌شه و به این عددها می‌گن اعداد جادویی. مثلاً عددهای ۲، ۸، ۲۰، ۲۸، ۵۰، ۸۲ و ۱۲۶!
برای مثال، اگه کمترین عدد جادویی رو نگاه کنیم یعنی ۲ پروتون و ۲ نوترون، می‌رسیم به هسته هلیوم که خیلی پایداره و اسمش هم آلفا هست. حتی تو پدیده‌ای مثل فروپاشی هسته‌ای هم، هسته آلفا بدون دردسر از بعضی اتم‌های سنگین جدا می‌شه.
خب یه مثال دیگه، سرب-۲۰۸ که ۸۲ پروتون و ۱۲۶ نوترون داره یعنی دوبار جادویی‌یه! (به این حالت می‌گن doubly magic یعنی هم تعداد پروتون‌ها و هم تعداد نوترون‌هاش عدد جادوییه.) یا مثلاً اکسیژن-۱۶ با ۸ پروتون و ۸ نوترون هم همین وضع رو داره.
اما واقعاً چرا اینجوریه؟
علم می‌گه داستان به نظریه‌ای به اسم “مدل لایه‌ای هسته” برمی‌گرده. تو این مدل، پروتون‌ها و نوترون‌ها مثل الکترون‌هایی که تو لایه‌های اتمی حرکت می‌کنن، توی لایه‌های خاصی تو هسته می‌چرخن. وقتی یه لایه کامل پر می‌شه (یعنی به عدد جادویی می‌رسن)، هسته حسابی پایدار می‌شه. این حالت مثل اینه که کوزه پر از آب رو بیاری بذاری زمین، دیگه نمی‌ریزه!
حالا چرا این لایه‌ها وجود دارن؟ مربوط می‌شه به دنیای عجیب “مکانیک کوانتومی” – یعنی همون علمی که می‌گه رفتار ذرات زیراتمی کاملاً تصادفی و بر اساس احتماله، نه مثل توپ پینگ‌پنگ! و این وسط، “نیروی هسته‌ای قوی” هم نقش اساسی داره. این نیرو، پروتون‌ها و نوترون‌ها رو کنار هم نگه می‌داره و باعث پایداری هسته می‌شه.
یه نکته جالب اینه که ایزوتوپ‌هایی که دو تا عدد جادویی دارن (دوبار جادویی!) یه حالت کاملاً کروی دارن، یعنی هم ماده هم بارشون کاملاً گرد پخش شده. اما بیشتر هسته‌ها اینجوری نیستن، معمولاً کمی کشیده یا مایلن و دور خودشون می‌چرخن.
پس شاید فکر کنی فقط عناصر سنگین ناپایدارهستن. اما حتی بعضی عنصرهای سبک هم می‌تونن نسخه‌های ناپایدار داشته باشن. مثلاً کربن-۱۴ و پتاسیم-۴۰ با این که سبک هستن، باعث بخش زیادی از پرتوزایی طبیعی زمین می‌شن. خنده‌داره نه؟
حالا بیایم سراغ چند تا سؤال باز که خود دانشمندا هنوز جوابش رو نمی‌دونن. مثلاً یک ایزوتوپ خاص از قلع به اسم قلع-۱۰۰ (با ۵۰ پروتون و ۵۰ نوترون)، که از نظر تئوری خیلی خاصه (چون دوبار جادوییه)، فقط ۱.۲ ثانیه نیمه‌عمر داره! و یه عنصر فرضی به اسم Unbihexium که قراره بالاترین عدد جادویی رو داشته باشه هنوز ساخته نشده!
در نتیجه اینکه آیا همین اعداد جادویی می‌تونن همچنان عناصر جدید و فوق پایدار بسازن، یه سؤال باز برای علمه.
در کل، وقتی بفهمیم این اعداد جادویی چه حقه‌هایی دارن، بهتر متوجه می‌شیم چرا بعضی اتم‌ها می‌مونن و بعضیاشون سریع می‌رن پی کارشون. اعداد جادویی مثل رمز عبور مخصوص برای پایداری توی دنیای هسته‌ای هستن!
خلاصه اگه دفعه بعد کسی ازت پرسید چرا بعضی اتم‌ها اینقدر پایدارهستن و بعضیا انگار حوصله زندگی ندارن، سریع براش داستان اعداد جادویی رو تعریف کن! 😉
منبع: +
