5.10 Atomiydin

Etusivu ／ Luku 5: Mikroskooppiset hiukkaset

Atomiydin on itseään ylläpitävä verkko, joka koostuu nukleoneista—protoneista ja neutroneista. Energiasäikeiden teoria (EFT) kuvaa jokaisen nukleonin ”suljetuksi säie­kimppuksi”, joka pysyy vakaana omin voimin. Nukleonien välinen sidonta syntyy käytävämäisistä, tensorisista sitomisvyöhykkeistä, jotka ympäröivä energian meri avaa spontaanisti energialtaan edullisinta reittiä pitkin. Näitä vyöhykkeitä pitkin kulkevat kierto- ja rypytysaaltojen paketit näkyvät gluonimaisena ilmeenä (kaaviossa keltaisina merkkeinä). Tämä hahmo säilyttää tavanomaisen fysiikan havainnot, mutta konkretisoi väitteen ”ydinvoima on jäännösvahvan vuorovaikutuksen seurausta” intuitiivisiksi tensorikäytäviksi ja uudelleenkytkeytymiseksi.

I. Mikä atomiydin on (neutraali kuvaus)

• Atomiydin koostuu protoneista ja neutroneista.
• Protonien lukumäärä määrää kemiallisen alkuaineen; Energiasäikeiden teorian kuvissa punainen nukleoni on protoni ja musta nukleoni on neutroni.
• Eri alkuaineilla ja isotoopeilla on erilainen nukleonien määrä ja sijoittelu verkossa. Protium (vety-1) on poikkeus: ydin on yksittäinen protoni ilman nukleonien välisiä sitomisvyöhykkeitä.

Arjen vertaus: ajattele jokaista nukleonia nappina, jossa on ”lukko­kohdat”. Energian meri ”kutoa” spontaanisti säästöremmin kahden lähekkäisen napin väliin ja napsauttaa ne kiinni. Tämä remmi on tensorinen sitomisvyöhyke.

II. Miksi nukleonit ”vetävät toisiaan puoleensa”: tensoriset sitomisvyöhykkeet

• Kun kahden nukleonin lähikentän tensorimaisemat menevät vastakkain ja limittyvät, energian meri valitsee pienimmän kokonaiskustannuksen reitin ja ”lukitsee” käytävän, joka kytkee parin—nukleonien yli kaartuvan vyöhykkeen.
• Vyöhyke ei ole säie, joka olisi ”vedetty ulos” nukleonista, vaan väliaineen kollektiivinen vaste, ankkuroituna ”portteihin” nukleonin pinnalla.
• Vyöhykettä pitkin kulkeva vaihe ja vuo ilmenevät gluonimaisena ilmeenä, jota merkitään pienillä keltaisilla soikioilla.

Vertaus: kevyt kävelysilta kaareutuu itsestään kahden rannan väliin; sillalla juoksevat keltaiset pisteet ovat ”liikennevirtaa”.

III. Miksi nähdään ”lyhyen matkan torjunta – keskipitkän matkan vetovoima – katoaminen kaukana”

• Lyhyen matkan torjunta: Jos nukleonien ytimet tulevat liian lähelle, lähitekstuuri puristuu voimakkaasti; energian meren leikkauskustannus kasvaa jyrkästi—vastaa kovaydintorjuntaa.
• Vetovoima keskimatkoilla: Kohtuullisella etäisyydellä tensorinen vyöhyke minimoi kokonaiskustannuksen ja tuottaa selkeän sidoksen.
• Katoaminen kaukaa: Ydinmittakaavan ulkopuolella vyöhyke ei enää lukkiudu spontaanisti; vetovoima heikkenee nopeasti ja jäljelle jää heikko, lähes isotrooppinen ”ytimen matala allas”.

Vertaus: kaksi litteää magneettilevyä työntyy erilleen liian lähellä, on vakaimmillaan pienen raon päässä ja ei enää tartu, kun väli kasvaa.

IV. Kuoret, taikaluvut ja pariliitos

• Kuoret: Geometrian ja tensori­rajoitteiden alla nukleonit täyttävät ensin ”pienen kustannuksen renkaat”. Kun rengas täyttyy, koko rakenteen jäykkyys hyppää ylös—taikalukujen jälki.
• Pariliitos: Vastakkaiset spinit ja sopiva kätisyys tasoittavat lähitekstuuria tehokkaammin, mikä synnyttää parienergian.
• Havaittavat yhteydet: Taikaluvut ja pariliitos tuottavat järjestelmällisiä energiatasoaskelmia ja säännönmukaisuuksia ydinspectreihin.

Vertaus: teatterin keskeiset rengasrivit—kun rivi täyttyy, koko yleisö rauhoittuu; vierekkäinen ”pari” heiluu vähemmän.

V. Deformaatio, kollektiiviset värähtelyt ja klusteroituminen

• Deformaatio: Jos osa renkaista ei ole täynnä tai ulkoliitokset ovat epätasaisia, ytimen muoto poikkeaa hieman pallosta—venyy tai litistyy.
• Kollektiiviset värähtelyt: Vyöhykkeitten verkko mahdollistaa koko rakenteen ”hengitys-” ja ”huojuntamoodit”, jotka vastaavat matalaenergisiä kollektiivisia virityksiä ja jättiresonansseja.
• Klusteroituminen: Keveissä ytimissä muutaman nukleonin väliset erityisen vahvat vyöhykkeet voivat muodostaa paikallisia alarakenteita—kuten alfaklusterit.

Vertaus: monesta pisteestä pingotettu rumpukalvo voi aaltoilla kokonaisuutena ja vastata paikallisiin napautuksiin; yhdessä nämä määrittävät soinnin.

VI. Isotoopit ja ”stabiilisuuslaakso”

• Samalla alkuaineella neutronien määrän muutos muokkaa tasapainotuksen tehokkuutta ja vyöhykkeetopologiaa, siis myös stabiilisuutta.
• Liian vähän tai liian paljon neutroneja jättää verkkoon paikkoja, jotka ”eivät lukitu tiukasti”; järjestelmä hakeutuu kohti vakaampaa suhdetta prosesseilla kuten beetahajoaminen.
• Useimmat stabiilit nuklidit sijoittuvat stabiilisuuslaakson tuntumaan.

Vertaus: silta alkaa keinua, jos tukia on liian harvassa tai liian tiheässä. Ristikon rytmin ja kaapelijaon on sovittava yhteen, jotta silta pysyy vakaana.

VII. Energiasaldo kevyiden ydinten fuusiossa ja raskaiden ydinten fissiossa

• Fuusio: Kaksi pientä ”siltaverkkoa” yhdistyy suuremmaksi ja taloudellisemmaksi verkoksi; käytävien pituuden ja jännityksen säästö vapautuu säteilynä ja liike-energiana.
• Fissio: Liian monimutkainen verkko jaetaan kahdeksi tiiviimmäksi aliverkoksi, mikä lyhentää kokonaispituutta sekin ja vapauttaa energiaa.
• Molemmissa on kyse vyöhykkeiden kokonaispituuden ja jännityksen uudelleen­kirjanpidosta.

Vertaus: sido kaksi pientä verkkoa yhdeksi tehokkaaksi tai jaa ylijännittynyt iso kahdeksi sopivaksi—molemmissa ”säästyy köyttä”, kun järjestys on järkevä.

VIII. Tyypillisiä ja erityisiä tapauksia

• Protium (vety-1): Yksiprotoninen ydin ilman nukleonien yli kaartuvia vyöhykkeitä.
• Helium-4: ”Pienin täysi rengas” neljällä nukleonilla ja suurella jäykkyydellä.
• Raudan seutu: Keskimäärin ”käytäväkirjanpito” nukleonia kohti on taloudellisinta, joten kokonaisstabiilisuus on suurin.
• Haloytimet: Muutamat neutronit ulottuvat kauas ulos kuin ohut vaippa ydinsydämen verkon ympärillä.

IX. Rinnastus vallitsevaan kuvaukseen

• ”Ydinvoima jäännösvahvasta vuorovaikutuksesta” ↔ ”nukleonien yli kaartuvat tensoriset sitomisvyöhykkeet”.
• ”Gluonien vaihto” ↔ ”kierto-/rypytysaaltopakettien virtaus vyöhykkeissä”.
• ”Torjunta lähellä – vetovoima keskellä – katoaminen kaukana” ↔ ”ydinleikkauskustannus – optimaalinen käytäväreitti – kaukokentän tasoittuminen”.
• ”Kuoret, taikaluvut, pariliitos, deformaatio, kollektiivimoodit” ↔ ”renkaiden kapasiteetti, täyttöportaat, suuntautumisen sovitus, verkon geometria ja värähtelyt”.

X. Yhteenvetona

Atomiydin on verkko, jossa nukleonit ovat solmuja ja tensoriset sitomisvyöhykkeet ovat särmiä. Sen stabiilisuus, deformaatio, energiatasa­spektri ja energian lähteet voidaan ”lukea” tästä verkosta: solmujen geometriasta, vyöhykkeiden kokonaispituudesta ja jännityksestä sekä siitä, miten energian meri palauttaa verkon elastisesti tasapainoon häiriön jälkeen. Tämä konkretisoitu kuva ei muuta havaittuja tosiasioita; se kokoaa ne näkyvämmälle energia­tilikirjalle, joka yhtenäistää päättelyn vedystä uraaniin ja fuusiosta fissioon.

XI. Kuvahuomautukset (skeema; todelliset ytimet vaihtelevat alkuaineen mukaan)

1. Nukleoni­piktogrammit
   • Paksut mustat samankeskiset renkaat esittävät suljettua, itseään ylläpitävää rakennetta; sisäiset pienet neliöt ja kaaret kuvaavat vaihelukitusta ja lähitekstuuria.
   • Kaksi vuorottelevaa rengaskuvioita erottavat protonin ja neutronin:
     a) Protoni (punainen kuvassa): poikkileikkaus, jonka tekstuuri on ”vahvempi ulkona, heikompi sisällä”.
     b) Neutroni (musta): komplementaarinen poikkileikkaus; sisä- ja ulkorengas kumoavat netto­sähköisen polarisaation.
2. Usean nukleonin yli kaartuvat vyöhykkeet (leveät, puoliläpinäkyvät)
   • Leveät kaaret, jotka yhdistävät vierekkäisiä nukleoneja, ovat tensorisia sitomisvyöhykkeitä; ne vastaavat perinteisin termein ”värivuoputkia” eli jäännösvahvaa vuoro­vaikutusta.
   • Ne eivät ole uusia, erillisiä olioita, vaan syntyvät nukleonien omien vyöhykkeiden uudelleenkytkeytymisestä ja jatkeista—energiataloudellisimmista kanavista, jotka energian meri ”uurtaa” ydinmittakaavassa.
   • Vyöhykkeiden risteykset muodostavat kolmio-/hunajakennomainen verkon, joka selittää keskimatkan vetovoiman ja kyllästymisen (nukleoni voi kantaa vain rajallisen määrän liitoksia ja kulmajakaumia).
   • Keltaiset soikiot (gluonimainen ilme): pareittain tai jatkumona vyöhykkeillä; ne kuvaavat gluonin kaltaisia virtoja.
3. Ytimen matala allas ja isotropia (ulompi nuolirengas)
   • Ympäröivä pienten nuolten rengas kuvaa ajassa keskiarvoistettua, lähes isotrooppista ytimen matalaa allasta (massamainen ilme).
   • Lähikenttä on suuntautunut ja teksturoitunut; kaukokenttä tasoittuu energian meren palautumisesta ja lähenee pallosymmetriaa.
4. Vaalea keskialue
   Useat vyöhykkeet kokoontuvat keskelle ja paljastavat verkon kokonaisjäykkyyden; tästä kumpuavat kuori-/taikaluku­piirteet ja täällä kollektiiviset värähtelyt (jättiresonanssit) virittyvät helpoimmin.