Modèle en couches

En physique nucléaire, le modèle en couches est un modèle du noyau atomique fondé sur le principe d'exclusion de Pauli pour décrire la structure nucléaire sous l'angle des niveaux d'énergie.

Ce modèle a été développé en 1949 à la suite des travaux indépendants de plusieurs physiciens, notamment Eugene Paul Wigner, Maria Goeppert Mayer et J. Hans D. Jensen. Dans ce modèle, les couches nucléaires sont constituées de sous-couches redistribuées par couplage spin-orbite en niveaux d'énergie susceptibles d'expliquer l'origine des nombres magiques observés expérimentalement comme correspondant au nombre de nucléons saturant ces niveaux d'énergie, ce qui conférerait aux nucléides correspondants une stabilité accrue par rapport à la formule de Weizsäcker déduite du modèle de la goutte liquide :

Sous-couche 1s 1/2	2 états	→ 1re couche : nombre magique = 2
Sous-couche 1p 3/2	4 états
Sous-couche 1p 1/2	2 états	→ 2e couche : nombre magique = 8
Sous-couche 1d 5/2	6 états
Sous-couche 2s 1/2	2 états
Sous-couche 1d 3/2	4 états	→ 3e couche : nombre magique = 20
Sous-couche 1f 7/2	8 états	→ 4e couche : nombre magique = 28
Sous-couche 2p 3/2	4 états
Sous-couche 1f 5/2	6 états
Sous-couche 2p 1/2	2 états
Sous-couche 1g 9/2	10 états	→ 5e couche : nombre magique = 50
Sous-couche 1g 7/2	8 états
Sous-couche 2d 5/2	6 états
Sous-couche 2d 3/2	4 états
Sous-couche 3s 1/2	2 états
Sous-couche 1h 11/2	12 états	→ 6e couche : nombre magique = 82
Sous-couche 1h 9/2	10 états
Sous-couche 2f 7/2	8 états
Sous-couche 2f 5/2	6 états
Sous-couche 3p 3/2	4 états
Sous-couche 3p 1/2	2 états
Sous-couche 1i 13/2	14 états	→ 7e couche : nombre magique = 126
Sous-couche 2g 9/2	10 états
Sous-couche 3d 5/2	6 états
Sous-couche 1i 11/2	12 états
Sous-couche 2g 7/2	8 états
Sous-couche 4s 1/2	2 états
Sous-couche 3d 3/2	4 états
Sous-couche 1j 15/2	16 états	→ 8e couche : nombre magique = 184

N.B. dans ce graphique, chaque niveau d’énergie est appelé couche, mais il ne s’agit pas de couches au sens du nombre quantique principal.