摘要：首先，让我们探索一下 Atom 的架构。原子核由原子中心的质子和中子簇形成，比整个原子小 10,000 倍，“就像大教堂里的苍蝇一样，”英国约克大学（University of York）的核物理学家戴维·詹金斯（David Jenkins）说。尽管原子核包含

原子核在教科书中经常被描绘成圆形，但事实证明它们很少是球形的。

原子的原子核（这里以蓝色和紫色显示）很少是圆形的，尽管许多教科书都是这样描述的。 （图片来源：vchal via Getty Images）

由于原子核于 1911 年首次提出，物理学家简单地假设它是圆形的。

但是原子核真的是圆的吗？直观地说，这种形状是有道理的，物理学家认为它恰当地解释了核特性的早期测量。直到多年后，更复杂的情况的第一个证据才开始出现。

首先，让我们探索一下 Atom 的架构。原子核由原子中心的质子和中子簇形成，比整个原子小 10,000 倍，“就像大教堂里的苍蝇一样，”英国约克大学（University of York）的核物理学家戴维·詹金斯（David Jenkins）说。尽管原子核包含原子质量的绝大多数，但乍一看，原子核本身对原子性质的影响很小。原子的化学性质由电子构型决定，而任何物理特性都来自它如何与其他原子相互作用。

1949 年，科学家们提出了核壳模型，与原子物理学中的电子壳层概念平行：质子和中子位于不同的核壳层中，额外的能量输入可以激发这些粒子在固定能级之间上下跳跃。

“但后来，很明显，原子核中的大多数行为都是由你所谓的集体行为来描述的——它充当一个连贯的对象，”詹金斯。结果是，整个原子核可以表现出两种类型的特性：它可以旋转，也可以振动。

光谱方法可以检测大多数分子中的这种旋转，测量不同旋转能级的指纹。但是，无论球形物体转动哪个方向，它们看起来都是一样的，所以对称的系统——比如原子——不会产生光谱。

“你能看到细胞核旋转迹象的唯一方法是细胞核是否变形，”詹金斯解释说。“人们看到原子核具有称为旋转带的激发模式，因此这表明原子核正在变形。”

自 1950 年代这一惊人发现以来，有针对性的实验揭示了从梨到 M&M 的大量核形状——而圆形在很大程度上是例外，而不是规则。大约 90% 的原子核形状像美式橄榄球——技术上称为“扁形变形”——处于最低能量状态，令人惊讶的是，很少有细胞核呈相反的挤压球状，类似 M&M 的形状，称为扁球变形。

“我们不知道为什么这种长方形似乎比扁形更有利，”詹金斯说。“一些原子核也有多种形状，因此它们可以在基态下表现出一种形状，然后你给它们施加一些能量，它们就会变形成另一种形状。”

更奇特的梨形原子核仅限于核图的某些区域，特别是镭周围，而球形原子核通常局限于具有核粒子“神奇”编号（或完整外壳）的原子。但是是什么导致了变形呢？

“感觉很直观，一个物体的基本形状没有被激发、摆动或拉伸应该是球形的，”英国萨里大学（University of Surrey）的核物理学家保罗·史蒂文森（Paul Stevenson）说，“但实际上，就原子核而言，它们中的任何一个都是球形的，这令人惊讶，因为它们遵循量子力学定律。

薛定谔方程是量子力学中最基本的原理之一，它以数学方式预测物体的波函数将如何随时间变化，本质上提供了一种估计该物体可能的运动和位置的方法。因此，为原子核求解这个问题为它可能出现的所有可能位置提供了概率云，这些位置加在一起，给出了原子核的形状。

“薛定谔方程的基本解看起来不是球形的——你得到的形状有点绕一个圆圈，但随后它们开始摆动，”史蒂文森解释说。“因此，由于这些量子波函数解决方案本身具有不对称性，因此它使原子核中的粒子更有可能指向一个方向。”

对于稀有的球形核，这种波纹恰好抵消了。但科学家们还不明白为什么其中一些变形的形状比其他形状更常见的原因——或者如果有的话。

“这是在推翻一项遗产，”詹金斯说。“这与人们最初对原子核的看法完全相反，仍然有很多悬而未决的问题。”

来源：暗黑科技