Shellmodellen

Shellmodellen är en teoretisk ram inom kärnfysik som beskriver kärnan som en grupp av protoner och neutroner som rör sig i en gemensam medelpotential. Energins nivåer i denna potential uppvisar kvantiserade skal, likt elektronernas skal i atomer. När nucleonerna fyller upp dessa nivåer uppstår stabilitetsmönster som bland annat förklarar varför vissa kärnantal är extra stabila.

Historik: Modellen utvecklades 1949 av Maria Goeppert Mayer och J. Hans D. Jensen. Den visade att stark spin–orbit-koppling är avgörande för att ge de rätta magiska talen och därmed stabiliteten hos kärnor med särskilda antal protoner och/eller neutroner.

Magiska tal och struktur: De centrala magiska talen är 2, 8, 20, 28, 50, 82 och 126. Dessa nummer motsvarar stora energiklyftor mellan skal och leder till kvantifierade grundtillstånds- och paritetskaraktärer när skalet är fullt. Grundtillståndets spin och paritet bestäms av den sista oparade nucleonen i det aktuella skalet.

Metodik och tillämpningar: Shellmodellen byggs ofta i en mean-field-ram där nucleonerna rör sig i ett genomsnittligt fält och interagerar genom residuala krafter. Beräkningar kräver konfigurationsinteraktioner och effektiva kärninteraktioner. Modellen förklarar energispektrum, magnetiska moment och många spectroskopiska egenskaper hos både stabila och lättmötande kärnor.

Begränsningar och moderna perspektiv: För deformation och stark konfigurationsblandning används ofta Nilsson-modellen eller andra utvidgningar. Moderna ab initio- och multikonfigurationsmetoder kompletterar shellmodellen och gör det möjligt att behandla större valensskal och tätare regioner.