Magische Zahlen

Als Magische Zahlen bezeichnet man in der Kernphysik die Neutronen- und Protonenzahlen, aus denen der Kern besteht, bei denen die Schalen (siehe Schalenmodell) voll besetzt sind (vgl. Elektronenhülle von Atomen). Atome, deren Nukleonenzahl den magischen Zahlen entsprechen, besitzen eine besonders hohe Stabilität. Die Werte der magischen Zahlen sind für Neutronen und Protonen bis 82 gleich (2, 8, 20, 28, 50, 82). Für Neutronen lautet die nächste magische Zahl 126, für Protonen ergeben sich durch Unterschalen – abhängig von den Parametern des verwendeten Modells – bereits bei 114 und 120 magische Zahlen.

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Wenn man nur die Protonen betrachtet, sind die dazugehörigen Elemente 2 (Helium), 8 (Sauerstoff), 20 (Calcium), 28 (Nickel), 50 (Zinn) und 82 (Blei). Diese kommen sehr häufig in der Natur vor. Auch die 14 (Silicium) besitzt eine "magische Stabilität", verursacht durch einen Unterschalenabschluss.

Ein doppelt magischer Kern besitzt eine magische Protonen- und eine magische Neutronenzahl. Beispiele hierfür sind He-4 bzw. α-Teilchen, O-16, Ca-40, Ca-48 und Pb-208. Dabei ist Calcium das einzige Element, das zwei stabile doppelt magische Isotope hat.

Erste Überlegungen über die Existenz derartiger Schaleneffekte bei Kernen wurden bereits Anfang der sechziger Jahre angestellt. Sie führten zu der Frage, ob diese Effekte auch weit jenseits des Urans zu einer ausreichend starken Stabilisierung der Atomkerne führen. So wurde/wird die Existenz einer doppelt magischen Konfiguration für das Isotop ²⁹⁸114 mit 114 Protonen und 184 Neutronen erwartet. Berechnungen sagten ebenfalls eine "Insel stabiler Elemente" voraus. Darunter versteht man ein Gebiet von Isotopen der so genannten superschweren Elemente (englisch: Super Heavy Elements (SHE)) mit dem Isotop ²⁹⁸114 als Zentrum.

Bis heute ist es aber noch keinem Forschungsteam gelungen, die Existenz von stabilen Kernen jenseits von ²⁰⁸ Blei nachzuweisen. Zwar wurden in den letzten Jahren Isotope der Elemente 112 bis 116 sowie 118 synthetisiert; sie waren aber wenig stabil, denn auch sie zerfielen schon nach wenigen Sekunden bzw. Mikrosekunden. Die Forschergemeinschaft ist aber guter Stimmung, denn neuere Berechnungen sagen voraus, dass die nächsten Stabilitätszentren in der Nähe der Elemente 120 und 126, und somit im Bereich des Möglichen für die nächsten Jahre liegen.