核殼層模型（nuclear shell model）

液滴圖像把原子核當成一團沒有內部結構的塊狀物，然而某些原子核卻明顯比鄰居更穩定，其規律詭異地神似原子中惰性氣體的穩定性。殼層模型認真看待這個線索：它把每個核子當成在其餘所有核子所造出的平均位能井中獨立運動的粒子，並讓質子與中子填入量子化的能階，恰如電子填入原子軌域。

具體而言，人們用一個帶平均場位能（常取簡諧振子或 Woods-Saxon 井）的單粒子哈密頓量，來取代那個難解的多體問題。解出它會得到以量子數標定的離散能階；質子與中子各自是自旋 1/2 的費米子，遵守庖立不相容原理分別填入這些能階。決定性的成分——由 Maria Goeppert Mayer 與 Jensen 各自獨立引入——是強大的自旋-軌道耦合（spin-orbit coupling）：一個正比於 l 點乘 s 的交互作用，它依總角動量 j 把每個能階劈裂並重排次序。唯有加上這個自旋-軌道項，殼層閉合才會落在觀測到的幻數上。

回報是實實在在的預測力。質子或中子殼層完全填滿的原子核（幻數 2、8、20、28、50、82、126）束縛得格外緊；此模型還能預測基態的自旋與宇稱、磁矩，以及低激發態的排列。它的誠實聲明是：這是一種獨立粒子近似；核子間交互作用其實很強，故那平滑的平均場是一種理想化，而集體現象（轉動、振動、大變形）仍需液滴式或集體模型來補足。