恒星中的核合成是宇宙中化學元素產生的關鍵，涵蓋了從主序星階段的氫核聚變到超新星爆炸中重元素的合成。天文學家能夠解讀星光中的宇宙密碼，因為光譜展示了特征性的吸收線和發射線，每一條線都是隱藏在恒星大氣中某特定元素的獨特指紋。通過對這些光譜特征及其強度的仔細分析，天文學家能夠推測出遙遠恒星大氣中的元素組成。

然而多年來，天文學家在某些恒星觀測中發現，實際測量到的重元素含量與理論預測之間存在日益增大的差異。這些恒星中的重元素似乎遠超預期，這一現象對我們對恒星演化以及其內部復雜的核合成過程的理解提出了挑戰。最近，天文學家遇到了一個新的宇宙謎題：在某些恒星中檢測到的鈰元素的含量，遠遠超出了現有模型的預測。

通常認為，宇宙中的一些較重元素是在恒星核心內通過中子俘獲過程形成的。在被稱為慢中子俘獲（S過程）的過程中，這種吸收隨時間緩慢進行，原子核逐步演變成穩定或不穩定的構型。它可能產生一個多出一個中子的穩定原子核，也可能形成一個不穩定的原子核，該不穩定原子核隨后通過放射性衰變轉化為下一個元素。

根據這一過程，天文學家成功預測了許多重元素的豐度，例如含有56個質子的鋇。但當涉及到含有58個質子的鈰時，他們的模型就出現了問題。這種難以捉摸的元素超出了預期，出現在一些低質量、低金屬豐度的球狀星團恒星中，其含量比預測高出 30%。這種差異令研究人員感到困惑，因為他們的模型缺乏任何可辨別的原因來解釋這一異常。最近在CERN進行的實驗更是進一步加劇了這種差異，使理論預測與觀察到的現實之間的差距進一步擴大了20%。

宇宙中的大部分鈰主要以鈰-140的形式存在，這是一種含有58個質子和82個中子的同位素。在核物理學中，82是一個“幻數”，代表能夠形成穩定原子核的特定數量的質子或中子。然而，這種穩定性背后的機制仍不完全清楚，可能涉及核結構、核間的結合力，以及量子力學效應。

核殼模型是描述原子核結構的一個框架，尤其是質子和中子在原子核內的排列。在此模型中，核子占據原子核內的離散能級或殼層，類似于電子在原子中的電子殼層。在該模型中，幻數來自核子完全填充核殼層，就像電子完全填充殼層時特別穩定。

對于質子和中子來說，最廣泛認可的幻數是2、8、20、28、50、82和126。當原子核中的質子或中子數量與這些幻數之一相匹配時，原子核通常會顯示出特別穩定的構型。同時具有質子和中子幻數的原子核被稱為“雙幻數核”，它們顯示出額外的穩定性。

幻數相關的穩定性源于核殼層的閉合，當殼層完全充滿核子時，它會導致核處于較低的能量狀態，使其更加穩定。此外，額外的穩定性可歸因于多種因素，例如核子與核子之間相互作用的減少以及核子之間的配對效應的增強。

盡管如此，核殼模型也有其局限性。首先是幻數問題，核殼模型預測雖然預測幻數的存在，但它不是絕對的，也不能解釋所有核特性。有些同位素盡管沒具有幻數的質子或中子，但仍表現出穩定性，反之亦然。

第二個是核力問題，核殼模型沒有提供底層核力的詳細描述。雖然它解釋了核子之間的相互作用對核結構的影響，但它不能完全解釋這些相互作用的起源和性質。了解核力的精確性質對于全面了解核結構至關重要。

第三是復雜核的問題，核殼模型成功地描述了具有閉殼構型的核，但是許多核更加復雜，具有開殼構型，涉及跨能級的核子激發，在核殼模型框架內描述這些復雜核的結構有挑戰性。

第四個問題是核性質的可變性問題，雖然核殼模型預測核性質的某些趨勢，例如結合能和核自旋，但這些性質在核與核之間可能存在顯著的變化。核變形、集體運動和量子隧道效應等因素可能導致偏離核殼模型的預測

第五個問題是計算復雜度，使用殼模型計算核性質的可能需要大量計算，特別是對于具有許多核子的較重原子核。為了使計算可行，通常需要近似和簡化，但這可能會限制預測的準確性，特別是對于遠離穩定的原子核。

在CERN最近的實驗中，科學家們用高能中子束轟擊氧化鈰樣品，觀察到鈰-140隨后轉變為不穩定的鈰-141。隨后，鈰-141的衰變發射出伽馬射線，然后檢對伽馬射線進行檢測和分析，以確定鈰-140的中子俘獲截面。來源: www.ws46.com

由于實驗精度的提高，結果揭示了中子俘獲截面比之前記錄的高約40%。中子俘獲截面高意味著鈰-140更容易捕獲中子變成別的同位素，這一發現導致對鈰豐度的新預測低于現有理論模型的預測。然而，某些恒星中鈰豐度的觀測結果，顯示出比現有理論模型預測的更高的豐度。

新實驗的預測和觀測之間差異進一步擴大，這暗示了恒星內鈰生產中發揮作用的其他機制。雖然CERN 的新見解揭示了鈰-140 的核特性，但它也強調了更新核合成模型并進一步研究恒星環境中驅動鈰合成過程的必要性。此外，這項研究還揭示了我們對恒星形成重元素的理解上的差距，以及我們對核動力學的理解上的差距。