Welche magische Zahlen gibt es?

Magische Zahlen in der Kernphysik

Im Bereich der Kernphysik bezeichnet man bestimmte Zahlen als „magisch“, weil Atomkerne mit einer solchen Anzahl an Protonen oder Neutronen besonders stabil sind. Diese magischen Zahlen sind: 2, 8, 20, 28, 50, 82 und die 126 sowie 184. Sie entsprechen abgeschlossenen Schalen im Atomkern – ähnlich wie bei der Elektronenhülle, wo volle Schalen für chemische Stabilität sorgen.

Kerne mit magischer Anzahl an Protonen oder Neutronen, wie etwa Helium-4 (2 Protonen, 2 Neutronen) oder Blei-208 (82 Protonen, 126 Neutronen), zeigen eine deutlich höhere Bindungsenergie und sind oft stabiler oder seltener radioaktiv. Blei-208 ist sogar das schwerste bekannte stabile Isotop und besitzt mit 82 Protonen und 126 Neutronen zwei magische Zahlen – man spricht dann von einem „doppelt magischen“ Kern.

Die Zahlen 126 und 184 sind dabei besonders interessant: Während 126 als Neutronenzahl bereits in schweren Kernen beobachtet wurde, bleibt 184 – vor allem als mögliche magische Neutronenzahl – bislang theoretisch. Denn Kerne, die so viele Nukleonen enthielten, müssten eine extrem hohe Ordnungszahl haben, die in der Natur nicht vorkommt. Versuche, solche Elemente künstlich herzustellen, wie etwa das hypothetische Unbihexium (Ordnungszahl 126), sind bisher gescheitert oder konnten die Stabilität nicht nachweisen.

Trotzdem hoffen Forscher auf die „Insel der Stabilität“, eine vermutete Region im Bereich sehr schwerer, möglicherweise doppelt magischer Kerne, die ungewöhnlich lange bestehen könnten. Die magischen Zahlen sind dabei mehr als nur Zufall – sie offenbaren, wie tiefgreifend die Ordnung im Innersten der Materie ist.