Shelleffekter

Shelleffekter är kvantmekaniska egenskaper hos små, sammansatta system där fermionernas energi-nivåer är diskreta tack vare det omgivande medelfältet. När antalet partiklar närmar sig vissa heltaliga värden uppnås särskilt stabila konfigurationer eftersom de sista fyllda energinivåerna ligger i en energigap, vilket ger lägre total energi än vad en smidig makroskopisk modell förutspår.

Inom kärnfysiken förklarar shelleffekter varför vissa kärnor uppvisar extra stabilitet. Energifördelningen i kärnans medelfält, ofta modellbaserad med potent som Woods–Saxon och inkluderande spin-orbit-koppling, ger betydande energiskillnader efter fyllda skall. De så kallade magiska talen, till exempel 2, 8, 20, 28, 50, 82 och 126, tenderar att producera särskilt stabila kärnor och påverkar kärnans deformation och spektra av exciterade tillstånd. Shell‑effekter bidrar även till avvikelse från den smidiga liquid-drop-approximationen och tillför förklaringar till bindingar och fissionsegenskaper.

Inom metallkluster och andra mesoskopa system uppträder shelleffekter i elektronernas nivåstruktur, ofta beskrivna av jelliummodellen. Magiska klusterstorlekar märks i ökad stabilitet och i karakteristiska spektra från fotoelektron spectroskopi, vilket återspeglar den discrete nivåstrukturen hos elektronmolnet.

Teoretiskt analyseras shelleffekter med metoder som Strutinsky-smoothing eller semiclassical teori som kopplar shellstrukturen till klassisk periodic orbit-analys. Sammanfattningsvis är shelleffekter centrala för att förstå avvikelser från smidiga makroskopiska modeller i finite fermion-system, med betydelse i kärnfysik, nanonivåer och mesoskopa sammanhang.