A szénnek 2 stabil izotópja van, a \(\mathrm{^{12}C}\) és a \(\mathrm{^{13}C}\). A természetben található stabil szénizotópoknak $99\%$‑a \(\mathrm{^{12}C}\) izotóp, a többi $1\%$ pedig \(\mathrm{^{13}C}\). Miért nem mondjuk fele-fele?
A nukleoszintézis során az az izotóp keletkezett nagyobb valószínűséggel, amelyik energetikailag előnyösebb a "maganyag", azaz a nukleonok (protonok és neutronok) számára, vagyis amelyikben az "egy nukleonra jutó átlagos kötési energia" nagyobb abszolút értékű, más szóval mélyebb energiájú állapotot jelent egy nukleon számára. Nézzünk rá a magfizikai héjmodell energiaszintjeire:
Azt látjuk, hogy az 1. héj 1s alhéján maximálisan 2 proton és 2 neutron fér el. A \(\mathrm{^{4}He}\) izotóp amiatt jelent igen erősen kötött állapotot,mert az 1. héj 1s alhéja pont tele van a 2 protonnal és 2 neutronnal.
Az 1. héj második (1p) alhéján összesen 6 proton és 6 neutron fér el, viszont ezekből az első 4-4 még alacsony energiaszintre tud elhelyezkedni, a további 2-2 viszont már csak magasabb energiára. A \(\mathrm{^{12}C}\) összesen 6 protonja és 6 neutronja betölti egyrészt az 1s alhéjat teljesen (2 protonnal és 2 neutronnal), valamint az 1p alhéjnak az alacsony energiájú pályáit. De mivel a \(\mathrm{^{13}C}\) legutolsó nukleonja (ami egy neutron) már csak egy érdemben magasabb energiájú pályára tud kerülni, így az átlagos nukleonenergia nagyobb (kisebb abszolút értékűl negatív szám) lesz, mint a \(\mathrm{^{12}C}\)‑ben. Ezért alakult úgy, hogy a természetben lévő stabil szénizotópoknak $99\%$‑a \(\mathrm{^{12}C}\) izotóp, és csupán $1\%$‑nyi a \(\mathrm{^{13}C}\) aránya.
Egyébként ha nem lenne magasabban az 1p alhéj legfelső pályája a többi 1p pályánál, még akkor is nagyobb lenne a \(\mathrm{^{13}C}\)-ban az egy nukleonra jutó átlagos kötési energia, mint a \(\mathrm{^{12}C}\)-ben, hisz a 13. nukleon révén az 1s pályához képest magasabb energiájú 1p-pályás neutronból kap egy továbbit a mag, ami felfelé húzza az energetikai átlagot, csak ekkor nem lenne a két stíbil szénizotóp közötti különbség a jelenlegi nagyságú, így nem 99% lenne a \(\mathrm{^{12}C}\) aránya, hanem kevesebb.