5.10 Jądro atomowe

Strona główna ／ Rozdział 5: Mikroskopowe cząstki

Jądro atomowe to samopodtrzymująca się sieć złożona z nukleonów—protonów i neutronów. W ujęciu Teorii Włókien Energii (EFT) każdy nukleon jest „zamkniętą wiązką włókien”, która potrafi utrzymać stabilność własnymi siłami. Wiązanie między nukleonami powstaje dzięki korytarzopodobnym pasom tensorycznego związania, które otaczające „morze energii” wyznacza spontanicznie wzdłuż najtańszej energetycznie trasy. Biegnące wzdłuż tych pasów pakiety fal skrętnych i „pofałdowań” dają w obserwacji „wygląd gluonowy” (w szkicu oznaczany na żółto). Ten obraz pozostaje zgodny z obserwablami fizyki głównego nurtu, a zarazem materializuje zdanie „siły jądrowe pochodzą z resztkowej silnej interakcji” jako intuicyjne „korytarze tensoryczne” i „rekoneksję”.

I. Czym jest jądro (opis neutralny)

• Jądro składa się z protonów i neutronów.
• Liczba protonów definiuje pierwiastek chemiczny; w ilustracjach według Teorii Włókien Energii czerwone nukleony oznaczają protony, a czarne nukleony oznaczają neutrony.
• Różne pierwiastki i izotopy mają odmienne liczby i układy nukleonów w sieci. Protium (wodór-1) to przypadek szczególny: jądro ma pojedynczy proton i brak pasów wiążących między nukleonami.

Przykład z życia: wyobraź sobie każdy nukleon jako guzik z „miejscami na zaczep”. Morze energii „tka” samoistnie oszczędną taśmę między dwoma pobliskimi guzikami i zatrzaskuje je razem. Tę taśmę nazywamy pasem tensorycznego związania.

II. Dlaczego nukleony się „przyciągają”: pasy tensorycznego związania

• Gdy bliskie krajobrazy tensora dwóch nukleonów nachodzą na siebie „twarzą w twarz”, morze energii wybiera drogę o najmniejszym koszcie i „zamyka” korytarz łączący parę—czyli pas wiążący ponad dwoma nukleonami.
• Pas nie jest włóknem „wyciągniętym” z nukleonu, lecz zbiorową odpowiedzią ośrodka, zakotwiczoną w „portach” na powierzchni nukleonu.
• Faza i strumień biegnące w pasie pojawiają się jako wygląd gluonowy, przedstawiany małymi żółtymi owalami.

Analogią może być lekka kładka, która sama „wybrzusza się” między dwoma brzegami; żółte punkty mknące po pomoście to „ruch” tam i z powrotem.

III. Skąd „odpychanie bliskie – przyciąganie średnie – zanikanie dalekie”

• Odpychanie na krótkim dystansie: Gdy rdzenie nukleonów podchodzą zbyt blisko, tekstura pola bliskiego silnie się spręża; koszt ścinania w morzu energii rośnie gwałtownie—co odpowiada twardemu odpychaniu.
• Przyciąganie w średnim zasięgu: W umiarkowanej odległości pas tensoryczny minimalizuje całkowity koszt i daje wyraźne wiązanie.
• Zanikanie daleko: Poza skalą jądrową pas nie zamyka się spontanicznie, przyciąganie szybko maleje i pozostaje jedynie słaba, niemal izotropowa „płytka niecka jądrowa”.

Na przykład: dwie płaskie płytki magnetyczne odpychają się, gdy są zbyt blisko; w niewielkim odstępie są najbardziej stabilne, a daleko już się nie „łapią”.

IV. Powłoki, liczby magiczne i parowanie

• Powłoki: Pod ograniczeniami geometrycznymi i tensorowymi nukleony najpierw zajmują „pierścienie niskiego kosztu”. Gdy pierścień się zapełni, globalna sztywność skokowo rośnie—powstaje ślad liczb magicznych.
• Parowanie (pairing): Przeciwne spiny i dobrana chiralność skuteczniej równoważą teksturę bliskiego pola, co daje energię parowania.
• Skutki obserwowalne: Liczby magiczne i parowanie tworzą systematyczne stopnie poziomów energii oraz regularności w widmach jądrowych.

Przykład: teatr z koncentrycznymi rzędami. Gdy rząd się zapełnia, cała sala uspokaja się; sąsiednie „sparowane” miejsca rzadziej „tańczą”.

V. Deformacja, drgania kolektywne i klastrowanie

• Deformacja: Jeśli część pierścieni nie jest pełna lub zewnętrzne połączenia są nierówne, kształt jądra lekko odchyla się od sfery—wydłuża się lub spłaszcza.
• Drgania kolektywne: Sieć pasów dopuszcza globalne tryby „oddychania” i „kołysania”, odpowiadające niskoenergetycznym wzbudzeniom kolektywnym i rezonansom olbrzymim.
• Klastrowanie: W lekkich jądrach, gdy pasy między kilkoma nukleonami są wyjątkowo trwałe, mogą powstawać lokalne podstruktury—np. klastry alfa.

Analogią jest membrana bębna naciągnięta w wielu punktach: może falować całościowo i odpowiadać na lokalne uderzenia; razem nadaje to barwę dźwięku.

VI. Izotopy i „dolina stabilności”

• Dla tego samego pierwiastka zmiana liczby neutronów modyfikuje skuteczność równoważenia i topologię pasów, a więc i stabilność.
• „Za mało” lub „za dużo” neutronów sprawia, że niektóre miejsca w sieci „nie trzymają mocno”; układ sam się koryguje, np. przez rozpad beta, dążąc do bardziej stabilnych proporcji.
• Większość stabilnych nuklidów leży w pobliżu doliny stabilności.

Na przykład: most zaczyna się kołysać, gdy podpór jest zbyt mało lub zbyt wiele. Dlatego rytm kratownic i wzór lin muszą do siebie pasować, aby zapewnić stabilność.

VII. Bilans energii syntezy lekkich jąder i rozszczepienia ciężkich jąder

• Synteza (fusion): Dwa mniejsze „mostowe sieci” łączą się w większą i bardziej ekonomiczną; oszczędność długości i naprężenia korytarzy uwalnia się w postaci promieniowania oraz energii kinetycznej.
• Rozszczepienie (fission): Podział zbyt złożonej sieci na dwa bardziej zwarte podsieci także skraca łączną długość korytarzy i uwalnia energię.
• Oba procesy są ponownym rozliczeniem całkowitej długości i naprężenia pasów w całej sieci.

Przykład: związać dwie małe sieci w jedną sprawną, albo rozdzielić nadmiernie napiętą dużą na dwie dopasowane—w obu wypadkach „oszczędza się liny”.

VIII. Przypadki typowe i szczególne

• Protium (wodór-1): Jądro z pojedynczym protonem, bez pasa ponadnukleonowego.
• Hel-4: „Minimalny pełny pierścień” czterech nukleonów o dużej sztywności.
• Okolice żelaza: Średnio „księgowość korytarzy” na nukleon jest najoszczędniejsza, dlatego całkowita stabilność jest tu największa.
• Jądra halo: Kilka neutronów sięga bardzo daleko na zewnątrz, jak cienka peleryna otulająca sieć rdzenia.

IX. Zestawienie z obrazem głównego nurtu

• „Siła jądrowa z resztkowej silnej interakcji” ↔ „pasy tensorycznego związania rozpięte ponad nukleonami”.
• „Wymiana gluonów” ↔ „przepływy pakietów fal skrętnych/fałdowych w pasach”.
• „Odpychanie blisko – przyciąganie średnio – zanik daleko” ↔ „koszt ścinania rdzenia – optimum korytarza – wygładzenie pola dalekiego”.
• „Powłoki, liczby magiczne, parowanie, deformacja, tryby kolektywne” ↔ „pojemność pierścieni, stopnie zapełnienia, dopasowanie orientacji, geometria sieci i drgania”.

X. Podsumowując

Jądro atomowe jest siecią, w której nukleony są węzłami, a pasy tensorycznego związania—krawędziami. Stabilność, deformacje, widma poziomów i źródła energii można „czytać” z tej sieci: z geometrii węzłów, całkowitej długości i naprężenia pasów oraz z tego, jak morze energii sprężyście przywraca sieć do równowagi po zaburzeniu. Ten zobrazowany, „materiałowy” opis nie zmienia żadnego ustalonego faktu obserwacyjnego; umieszcza je jedynie na bardziej czytelnym „bilansie energetycznym”, ułatwiając spójne rozumowanie od wodoru do uranu i od syntezy do rozszczepienia.

XI. Uwagi do ryciny (schemat; rzeczywiste jądra różnią się zależnie od pierwiastka)

1. Piktogramy nukleonów
   • Grube czarne pierścienie współśrodkowe pokazują zamkniętą, samopodtrzymującą się strukturę; małe kwadraty i łuki wewnątrz oznaczają blokadę fazy i teksturę pola bliskiego.
   • Dwa przeplatające się wzory pierścieni odróżniają proton i neutron:
     a) Proton (czerwony w rycinie): przekrój o teksturze „silniejsza na zewnątrz, słabsza wewnątrz”.
     b) Neutron (czarny): przekrój komplementarny; pasy wewnętrzny i zewnętrzny znoszą netto polaryzację elektryczną.
2. Pasy rozpięte ponad wieloma nukleonami (szerokie, półprzezroczyste)
   • Szerokie łuki łączące sąsiednie nukleony to pasy tensorycznego związania, odpowiadające w języku klasycznym „rurom strumienia koloru”/resztkowej silnej interakcji.
   • Nie są to nowe, samodzielne byty; wynikają z rekoneksji i przedłużeń własnych pasów nukleonów—najtańszych energetycznie kanałów, które morze energii „wycina” w skali jądrowej.
   • Skrzyżowania pasów tworzą sieć trójkątno-plastrzową (jak plaster miodu)—geometryczną przyczynę przyciągania w średnim zasięgu i nasycalności (każdy nukleon może obsłużyć ograniczoną liczbę połączeń i rozkładów kątowych).
   • Żółte owale („wygląd gluonowy”): rozmieszczone parami lub ciągle wzdłuż pasów, oznaczają przepływy o charakterze gluonowym.
3. Płytka niecka jądrowa i izotropowość (zewnętrzny pierścień strzałek)
   • Pierścień małych strzałek wokół przedstawia uśrednioną w czasie, niemal izotropową płytką nieckę jądrową (pozorną „masę”).
   • Pole bliskie ma kierunkową teksturę; pole dalekie, po sprężystym „odbiciu” morza energii, wygładza się ku sferycznej symetrii.
4. Jasna strefa centralna
   Wiele pasów zbiegających się w centrum ujawnia ogólną sztywność; tu biorą początek aspekty zachowania powłok/liczb magicznych i tu najłatwiej wzbudzają się drgania kolektywne (rezonanse olbrzymie).