原子核的结构使物理学家困惑不已，它是液态、气态，还是重现液态和气态模型性质的固态？
核物理学起始于原子核的发现。近80年以前，恩斯特、卢瑟福（Ernest Rutherford）和他的同事在曼彻斯特大学发现，原子的所有质量几乎都集中在小小的中心核上。以后几年，实验显示了原子核含有带正电荷的质子，以及电中性的中子。有关质子和中子在原子核中如何排列的基本问题，至今还没有答案，也不存在能够描述所有种类原子核的唯一的理论。
在过去的50年中，物理学家提出了描述原子核结构的三种性质不同的模型。一方面，壳层模型（或称独立粒子模型）解释了核内发生的规则图案的行为，这如同用原子中电子“壳层”的概念帮助理解元素周期表的结构。在壳层模型中，“点”核子——质子和中子在核力作用下处在核轨道上，小距离中直接相互作用着，这使该模型类似于一种核子“气”。
另一方面，液滴模型（或称集体粒子模型）则基于一个相反的假设：单个核子大得只能和最邻近的核子作用，就像紧紧挤满的液体一样。这种模型解释了核子束缚在一起究竟有多强，核裂变究竟如何发生，以及核“液谪”的振动如何导致核的激发态的。α粒子模型（或称集团模型）提出了对核的第三种描述，这种模型以某些核子集合为核中半稳集团解释有关的核性质——尤其是α粒子，它是由两个质子和两个中子组成的集团。
这三种核模型依赖于完全不同的假设，在它们各自的应用领域内都是有根据的。但是，令人难以理解的是原子核何以能同时既是类似点核子的气态，也是能被伸延的核子的高密度液态，又是与短暂的α集团相关的液态或气态。为了试图解决这些明显的矛盾，最近，我们提出了一种理论，能将这些模型都包括，在一个统一的理论框架中（Physical Review C，35卷，1883页）。
我们把模型基于核子能“凝聚”成一种特殊的结晶状排列，即面心立方体格子（FCC）。这是一种标准的晶体结构，其基本单元包含一个立方体，原子在立方体的每个角和每个面的中心。这个模型可以重现壳层模型所含的所有对称性。此外，与任何固体模型一样，粒子间的相互作用必须主要地在最邻近的粒子之间，因此，FCC模型保持了液滴模型的这一基本特性。而且，在FGC模型中，我们可以把任何原子核既视作核子的小晶格，又可视作与α粒子对应的“亚晶格”的集合，整个核内部和表面都产生了一种“α粒子的结构”。结晶模型同时重现了气态、液态和半固态模型的主要性质。
在FCC模型中，我们假设核子集中在质子和中子交替层的FCC排列中，在这些交替层中，它们的自旋以所谓的反铁磁结构排列。这听来可能复杂，但正如图所示，它简洁地产生了四种性质不同的正方体的交叉——每一种具有自旋方向相反的质子或中子组成，传统地用“向上”和“向下”标示。
FCC紧凑填塞是仅两种方法中的一种：你将相似的球以整齐的方式排列，而在它们之间留下最小的空间。许多结晶金属，如铜、银和金，在原子水平上都是这样排列的。反铁磁排列在固态物理学中也是普遍的，这意味着，在任何晶格层中，最相邻的都具有相反的自旋方向。这种结构允许最邻近的相互都能发挥磁吸引的作用。在核FCC模型中，每一层都产生了上旋核子和下旋核子的棋盘图案。最后，我们的模型中，电中性的中子层分开了互相排斥的质子层，这在任何已知的原子核中，使得电斥力降到最低限度。
我们发现，核子的这种特殊结构以古怪而唯一的方式对应于壳层模型。FCG晶格产生了所有量子力学中的量子数，用以描述壳层模型中的核子性质——即以n、j、l、s、i和m为标志的量子数表示主量子数、角动量、轨道角动量、自旋、异自旋和磁矩。在FCG模型中，这些量子数唯一地决定了FCC网络中每个核子的位置。量子数的这种几何描述类似于每本化学教科书中所描述的著名的电子轨道几何学。它在理论核物理学中可能被证实为有用的，就像理论化学对电子几何学一样。
计算机模型说明了单个量子数与FCC对称性之间的相互关系。虽然这些在三维模型中较易看到，但是，应当明白，在FCC模型中，每个核子的基能级——由主量子数n表示——取决于核子与晶格固定中心的距离。这同原子物理学中的情景相同：具有较低n值的内层电子更靠近原子核；连续壳层中，n值越高，平均半径也越大。
在FCC模型中，更有意思的是总角动量量子数j的对称性。原来，每个核子的角动量取决于它离核自旋轴的距离，这与经典力学相似，旋转物体的角动量取决于它与自旋轴的距离具有已知角动量的核子的壳层和亚壳层的预、言是壳层模型的理论中心。从核子的固相而非气相出发，FCC模型产生了相同的壳层和亚壳层，但是，它并不坚持强调在与原子核一样密度的介质中，核子沿轨道旋转的这种理论上令人费解的思想。
统一的模型
这类核轨道问题由于一个主要原因争论了几十年：即 · 质子和中子具有近2费米（1费米=10-15米）的“电磁”直径，而核直径具有3至12费米的大小。问题是100个或更多的相对比较大的粒子（核子）何以能在一个原子核的小体积内自由地绕轨道旋转，而无频繁的振动。而且，用低能核子轰击原子核的实验显示，核子在与别的粒子碰撞前，在原子核内经过的距离（即平均自由程）只有几个费米，这并不是在原子核“气体”中我们所预料的长距离。
FCC模型何以能统一传统模型的最清晰例子发生在钙 - 40的原子核内，它具有20个质子和20个中子。根据壳层模型，处在基态（非激发态）的钙 - 40将其核子排列在三个相继的闭合壳层内，最内的壳层对应于氦 - 4（即α粒子）的原子核，第二层对应于氧 - 16，三个壳层全满时，便是钙 - 40。
α - 集团模型也能在α粒子某种排列的基础上解释许多钙 - 40的性质（α八面体在α四面体外面）。同时，钙－40的束缚能最好地解释了液滴模型，40个核子中的每一个仅与其最邻近的相互作用。
FCC模型也能预言原子核的半径、束缚能、以及某些衍射现象，它还预言了超重原子核——110个质子以上——由于太不稳定而不能存在。但是，尽管它确实回答了现存核模型的某些问题，FCC模型也提出了它本身的新问题核的束缚涉及称为子这种短寿命粒子的交换，核子间介子的连续交换在FCC结构中会产生什么结果？质子和中子呈现出包含更多的基本粒子夸克，构成一个核子的单独夸克之间的力是否在相邻核子间也发生作用？
不过，最最起码，FCC网络和壳层模型对核子量子数之间的对应意味着，原子核具有几何的表现，就像电子轨道的几何学—样有效。在原子物理和核物理中，光谱的实验发现说明存在着量子力学成功地说明了的清晰能级。在原子结构中，不同能级对应着电子轨道清晰的几何结构——1s，2p，3d……。在核理论中，FCC模型描绘了原子核中已知能级类似的图案，此外，它也是一个可能的核结构的统一理论。
[New Scientist，1988年3月31日]