7 Angka Ajaib dalam Fisika beserta Penjelasannya, Menarik Dipelajari

Merdeka.com - Di kelas kimia, kita belajar bahwa atom-atom dengan orbital atom terisi atau setengah terisi adalah yang paling stabil. Salah satu contohnya adalah gas mulia yang memiliki orbital atom yang terisi adalah yang paling stabil dari semua unsur.

Jadi dalam kasus atom, jumlah elektron dalam orbital atom menentukan stabilitas. Oleh karena itu, angka ajaib untuk atom adalah 2, 10, 18, 36, 54, dan 86, sesuai dengan jumlah total elektron dalam kulit elektron yang terisi. Unsur yang stabil membutuhkan sejumlah besar energi untuk bereaksi dengan unsur lain, dan itulah sebabnya gas mulia adalah yang paling tidak reaktif.

Masuk ke intinya, telah diamati bahwa inti beberapa atom yang memiliki jumlah nukleon tertentu (proton atau neutron) jauh lebih stabil daripada inti lainnya. Inti atom tersebut memiliki energi ikat rata-rata relatif lebih tinggi per nukleon sehingga dinilai lebih stabil terhadap peluruhan nuklir.

Jadi dalam fisika nuklir, angka ajaib mengacu pada jumlah nukleon (baik proton atau neutron) yang sedemikian rupa sehingga mereka tersusun menjadi kulit yang lengkap di dalam inti atom.

Tujuh angka ajaib yang paling dikenal adalah 2 (helium), 8 (oksigen), 20 (kalsium), 28 (nikel), 50 (timah), 82 (timbal), dan 126 (unbihexium hipotetis). Di antaranya, 2, 8, 20, 28, 50, dan 82 adalah angka yang sesuai dengan jumlah proton, sedangkan 126 adalah satu-satunya angka ajaib yang diketahui terkait dengan neutron.

Dalam artikel berikut, kami akan sampaikan lebih lanjut terkait angka ajaib dalam fisika ini dilansir dari laman secretsofuniverse.in.

Munculnya Model Shell

Setelah Perang Dunia II, studi tentang struktur nuklir dan angka ajaib menjadi topik penelitian yang sedang tren. Pada tahun 1937, Neils Bohr dan F. Kalcar mengusulkan model tetesan cairan inti, di mana inti atom dibandingkan dengan tetesan cairan.

Meskipun model ini sangat penting untuk memahami beberapa dasar energi ikat, model ini tidak dapat menjelaskan mengapa hanya beberapa inti tertentu yang memiliki proton atau neutron, atau keduanya sebagai 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 (angka ajaib) memiliki energi ikat yang lebih tinggi, sehingga membuatnya lebih stabil daripada yang lain. Hal ini menyebabkan para ilmuwan menemukan model yang lebih baik untuk mendapatkan penjelasan yang lebih baik. Di sinilah model Shell Maria Mayer muncul.

Dmitry Ivanenko adalah orang yang pertama kali mengusulkan model Shell pada tahun 1932, dan kemudian Maria Mayer dan beberapa fisikawan lainnya mengembangkannya untuk mendapatkan pemahaman ambiguitas tentang angka ajaib pada tahun 1949. Model Shell nuklir sebagian analog dengan model Shell atom, yang menggambarkan susunan elektron dalam atom sehingga kulit yang terisi menghasilkan stabilitas yang lebih besar.

Penjelasan Model Shell

Dalam model Shell dijelaskan bahwa gerakan setiap nukleon di dalam nukleus diatur oleh gaya tarik rata-rata dari semua nukleon lainnya. Akibatnya, orbit gerak ditentukan oleh fungsi energi potensial V(r), yang mewakili rata-rata semua interaksi dengan nukleon lain dan sama untuk setiap partikel. Orbit gerak yang dihasilkan membentuk "cangkang" (shell), seperti orbit elektron dalam atom. Selain itu, suku potensial V(r) analog dengan suku potensial Coulomb dalam model Shell atom.

Karena nukleon disusun pada kulit di dalam nukleus, setiap kulit hanya dapat mengizinkan sejumlah nukleon secara terbatas seperti pada prinsip pengecualian Pauli. Namun, ketika semua kemungkinan himpunan bilangan kuantum yang tersedia ditempati dan kulit terisi penuh, hal itu akan menghasilkan konfigurasi khusus yang lebih stabil dan biasanya memiliki energi rendah.

Model Shell terbukti berperan dalam menjelaskan keberadaan angka ajaib dan stabilitas serta energi ikat tinggi berdasarkan cangkang tertutup. Selain itu, model Shell ini juga membantu Maria Mayer naik ke podium di Stockholm, Swedia, untuk menerima Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1963.

Inti Ajaib Ganda (Doubly Magic)

Beberapa inti berada di mana nomor neutron dan nomor proton (atom) sama dengan salah satu angka ajaib. Jenis inti ini disebut doubly magic. Beberapa isotop doubly magic yang dikenal antara lain helium-4, helium-10, oksigen-16, kalsium-40, kalsium-48, nikel-48, nikel-56, nikel-78, timah-100, timah-132, dan timbal -208. Efek doubly magic memungkinkan keberadaan isotop stabil yang tidak diharapkan.

Selain itu, efek ini juga mencegah nuklida yang tidak stabil dari peluruhan secepat yang diharapkan. Telah ditemukan juga bahwa inti dengan jumlah proton dan neutron genap lebih stabil daripada inti dengan jumlah ganjil.

Di alam semesta kita, efek cangkang angka ajaib terlihat dalam kelimpahan elemen biasa. Salah satu contohnya, helium-4 adalah salah satu inti paling melimpah (dan stabil) di alam semesta, dan timbal-208 adalah nuklida stabil terberat.