原子核是由质子和中子构成，在质子数和中子数为某个特定数值或两者均为这一数值时，原子核的稳定性就比平均值大。这些数值被称为“幻数”。迄今已知的幻数有2、8、20、28、50、82、126，例如在自然界中广泛存在的氦、氧、钙、镍、锡、铅，其质子数或中子数就分别与2到82的数值相对应。质子数和中子数同为126的元素目前尚未发现，但是质子数为82、中子数为126的铅208（铅的同位素）在自然界也是存在的。
幻数的存在是原子核有“壳层结构”的反映，表示相同的粒子以集团的形式构成结合状态，就会出现某种秩序，并且决定原子核的性质。1949年，德国核物理学家迈耶和延森等人用轨道和自旋相互作用来解释这种现象，并建立了“壳层模型”，他们由此而获得1963年诺贝尔奖。此后的物理学界一直认为，幻数是固定不变的。
谷畑勇夫使用特殊的装置——重离子加速器，人工制作出了中子数目多的原子核，即中子数量过剩的原子核，并对保持稳定状态的中子进行研究，结果发现中子数为6、30和32时，原子核不容易遭破坏。他认为这是新的“幻数”。2000年5月，他曾经发现幻数“16”。
这位科学家认为，在中子数量过剩的原子核里，存在着与一般原子核不同的幻数系列，这些发现有助于解释为什么在宇宙中某些特定元素比较多的现象。
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