5.10 นิวเคลียสอะตอม

หน้าแรก ／ บทที่ 5: อนุภาคระดับจุลภาค

นิวเคลียสอะตอมคือเครือข่ายที่คงตัวได้ด้วยตนเองซึ่งประกอบด้วยนิวคลีออน—โปรตอนและนิวตรอน ในมุมมองของ ทฤษฎีเส้นพลังงาน (EFT) นิวคลีออนแต่ละตัวคือ “มัดเส้นที่ปิดตัวและพยุงตัวเองได้” การยึดเหนี่ยวระหว่างนิวคลีออนเกิดจากแถบผูกมัดเชิงเทนเซอร์ลักษณะคล้ายระเบียงทางเดิน ซึ่ง “ทะเลพลังงาน” สร้างขึ้นเองระหว่างนิวคลีออนที่อยู่ใกล้กัน กลุ่มคลื่นแบบบิดและย่นที่วิ่งไปตามแถบเหล่านี้ปรากฏเป็น “ลักษณะคล้ายกลูออน” (ในภาพสเก็ตช์จะทำเครื่องหมายเป็นสีเหลือง) ภาพนี้ยังคงสอดคล้องกับปริมาณสังเกตของฟิสิกส์กระแสหลัก แต่ทำให้แนวคิด “แรงนิวเคลียร์มาจากปฏิสัมพันธ์อย่างเข้มตกค้าง” กลายเป็นภาพเชิงวัตถุของ “ระเบียงเทนเซอร์” และ “การเชื่อมต่อใหม่”

I. นิวเคลียสคืออะไร (อธิบายเป็นกลาง)

• นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน
• จำนวนโปรตอนกำหนดชนิดของธาตุ ในภาพประกอบตามทฤษฎีเส้นพลังงาน โปรตอนจะแทนด้วยนิวคลีออนสีแดง และนิวตรอนแทนด้วยสีดำ
• ธาตุและไอโซโทปต่าง ๆ สอดคล้องกับจำนวนและการจัดวางนิวคลีออนในเครือข่ายที่แตกต่างกัน โพรเทียม (ไฮโดรเจน-1) เป็นกรณีพิเศษ: นิวเคลียสมีเพียงโปรตอนเดียวและไม่มีแถบผูกมัดข้ามนิวคลีออน

อุปมา: มองนิวคลีออนแต่ละตัวเป็นกระดุมที่มี “ร่องล็อก” ทะเลพลังงานจะ “ทอ” สายรัดที่ประหยัดแรงเชื่อมกระดุมสองเม็ดที่อยู่ใกล้ให้แน่น สายรัดนั้นคือแถบผูกมัดเชิงเทนเซอร์

II. เหตุใดนิวคลีออนจึง “ดึงดูดกัน”: แถบผูกมัดเชิงเทนเซอร์

• เมื่อภูมิประเทศเทนเซอร์ในระยะใกล้ของนิวคลีออนสองตัวทับซ้อนแบบหันหน้าชนกัน ทะเลพลังงานจะเลือกเส้นทางที่ต้นทุนต่ำสุดและ “ล็อก” ระเบียงทางเดินเชื่อมทั้งคู่ นั่นคือแถบผูกมัดข้ามนิวคลีออน
• แถบนี้ไม่ใช่เส้นที่ “ดึงออก” จากตัวนิวคลีออน แต่เป็นการตอบสนองร่วมของตัวกลาง ยึดด้วย “พอร์ต” บนผิวของนิวคลีออน
• เฟสและฟลักซ์ที่แพร่ไปตามแถบปรากฏเป็น “ลักษณะคล้ายกลูออน” ทำเครื่องหมายด้วยวงรีสีเหลือง

อุปมา: สะพานเดินเบา ๆ ผงาดขึ้นเองระหว่างสองฝั่งริมน้ำ จุดสีเหลืองที่เคลื่อนไปมาบนสะพานคือ “การจราจร” ที่แล่นผ่าน

III. ทำไมจึงเห็น “ผลักระยะใกล้ – ดึงระยะกลาง – จางหายที่ระยะไกล”

• ผลักระยะใกล้: หากแกนของนิวคลีออนเข้าชิดกันเกินไป เนื้อผิวระยะใกล้จะถูกอัดแน่น ต้นทุนเฉือนในทะเลพลังงานพุ่งสูง เทียบเท่ากับการผลักแบบแกนแข็ง
• ดึงระยะกลาง: ที่ระยะพอเหมาะ แถบผูกมัดเชิงเทนเซอร์ทำให้ต้นทุนรวมต่ำสุด จึงเกิดการยึดเหนี่ยวเด่นชัด
• จางหายที่ระยะไกล: เมื่อพ้นสเกลนิวเคลียร์ แถบจะไม่ล็อกตัวเองอีกต่อไป แรงดึงลดลงรวดเร็ว เหลือเพียง “แอ่งตื้นนิวเคลียร์” ที่อ่อนและเกือบสมมาตรทุกทิศ

อุปมา: แผ่นแม่เหล็กสองชิ้นเมื่อชิดเกินไปจะดันกัน ออกห่างเล็กน้อยจะนิ่งสุด ไกลออกไปก็ไม่ดูดติด

IV. เชลล์ เลขมหัศจรรย์ และการจับคู่

• เชลล์: ภายใต้ข้อจำกัดเชิงเรขาคณิตและเทนเซอร์ นิวคลีออนมักจะครอง “วงแหวนต้นทุนต่ำ” ก่อน เมื่อวงหนึ่งเต็ม ความแข็งแกร่งโดยรวมกระโดดขึ้น เกิดร่องรอยของเลขมหัศจรรย์
• การจับคู่: สปินตรงข้ามและความเชื่องกันของเชิงกรดย่อยช่วยลบล้างเนื้อผิวระยะใกล้ได้ดีขึ้น จึงเกิดพลังงานการจับคู่
• ความเชื่อมโยงเชิงสังเกต: เลขมหัศจรรย์และการจับคู่ก่อให้เกิดขั้นระดับพลังงานอย่างเป็นระบบและกฎเกณฑ์ในสเปกตรัมนิวเคลียร์

อุปมา: โรงละครมีที่นั่งเป็นวงซ้อนกัน เมื่อวงหนึ่งเต็ม ผู้ชมห้องทั้งห้องนิ่งขึ้น คู่ที่นั่งติดกันก็พลุกพล่านน้อยลง

V. การเปลี่ยนรูป การสั่นแบบรวมหมู่ และการจับกลุ่ม

• การเปลี่ยนรูป: หากบางวงยังไม่เต็มหรือการเชื่อมต่อชั้นนอกไม่สม่ำเสมอ รูปร่างนิวเคลียสจะเบนจากทรงกลมเล็กน้อย—ยืดหรือแบน
• การสั่นแบบรวมหมู่: เครือข่ายแถบผูกมัดรองรับโหมด “หายใจเข้าออก” และ “แกว่งไกว” ทั้งองค์รวม สัมพันธ์กับการกระตุ้นรวมหมู่พลังงานต่ำและเรโซแนนซ์ยักษ์
• การจับกลุ่ม: ในนิวเคลียสเบา หากแถบระหว่างนิวคลีออนบางชุดมั่นคงเป็นพิเศษ อาจเกิดโครงสร้างย่อยเฉพาะถิ่น—เช่น กลุ่มแอลฟา

อุปมา: หนังกลองที่ค้ำหลายจุดยกตัวได้ทั้งผืนและตอบสนองต่อการเคาะเฉพาะที่ รวมกันเป็นโทนเสียงของมัน

VI. ไอโซโทปและ “หุบเขาเสถียรภาพ”

• สำหรับธาตุเดียวกัน การเปลี่ยนจำนวนนิวตรอนจะเปลี่ยนประสิทธิภาพการถ่วงดุลและโทโพโลยีของแถบ ส่งผลต่อความเสถียรภาพ
• ทั้ง “นิวตรอนน้อยไป” หรือ “มากไป” ทำให้บางตำแหน่ง “ล็อกไม่แน่น” ระบบจะปรับตัวเองผ่านกระบวนการอย่างการสลายบีตา มุ่งไปสู่อัตราส่วนที่เสถียรกว่า
• นิวไคลด์ที่เสถียรส่วนใหญ่อยู่ใกล้แนวที่เรียกว่า “หุบเขาเสถียรภาพ”

อุปมา: สะพานจะสั่นหากจุดค้ำจุนน้อยไปหรือถี่เกินไป ต้องให้จังหวะโครงและลวดสลิงเข้ากัน สะพานจึงนิ่ง

VII. บัญชีพลังงานของการหลอมรวมในนิวเคลียสเบาและการแตกตัวในนิวเคลียสหนัก

• หลอมรวม: รวม “ตาข่ายสะพาน” สองผืนให้เป็นเครือข่ายใหญ่และประหยัดกว่า ความยาวและความตึงของระเบียงที่ประหยัดได้ถูกปลดปล่อยเป็นรังสีและพลังงานจลน์
• แตกตัว: แยกเครือข่ายที่ซับซ้อนเกินไปออกเป็นสองเครือข่ายย่อยที่กระชับกว่า ก็ลดความยาวรวมของระเบียงและปลดปล่อยพลังงานเช่นกัน
• ทั้งสองกรณีคือ การคำนวณใหม่ของความยาวรวมและความตึง ของแถบในเครือข่าย

อุปมา: ผูกตาข่ายเล็กสองผืนให้เป็นตาข่ายที่มีประสิทธิภาพ หรือแบ่งตาข่ายที่ตึงเกินเป็นสองผืนที่พอดี—หากจัดวางดี ทั้งคู่คือการ “ประหยัดเชือก”

VIII. ตัวอย่างเด่นและกรณีพิเศษ

• โพรเทียม (ไฮโดรเจน-1): นิวเคลียสมีโปรตอนเพียงตัวเดียว ไม่มีแถบข้ามนิวคลีออน
• ฮีเลียม-4: “วงแหวนขั้นต่ำที่เต็ม” ด้วยนิวคลีออนสี่ตัว มีความแข็งสูง
• บริเวณเหล็ก: “บัญชีระเบียง” เฉลี่ยต่อหนึ่งนิวคลีออนประหยัดที่สุด จึงให้เสถียรภาพสูงสุด
• นิวเคลียสฮาโล: นิวตรอนเพียงไม่กี่ตัวแผ่ออกไปไกล เหมือนผิวคลุมเบาบางห่อหุ้มเครือข่ายแกนกลาง

IX. เทียบเคียงกับภาพของกระแสหลัก

• “แรงนิวเคลียร์จากปฏิสัมพันธ์อย่างเข้มตกค้าง” ↔ “แถบผูกมัดเชิงเทนเซอร์ที่พาดข้ามนิวคลีออน”
• “แลกเปลี่ยนกลูออน” ↔ “กระแสของกลุ่มคลื่นแบบบิด/ย่นที่ไหลในแถบ”
• “ผลักใกล้ – ดึงกลาง – จางไกล” ↔ “ต้นทุนเฉือนของแกน – ระเบียงเหมาะที่สุด – การทำให้เรียบในสนามไกล”
• “เชลล์ เลขมหัศจรรย์ การจับคู่ การเปลี่ยนรูป โหมดรวมหมู่” ↔ “ความจุของวงแหวน ขั้นการเติมเต็ม การชดเชยเชิงทิศ เรขาคณิตเครือข่าย และการสั่น”

X. สรุป

นิวเคลียสอะตอมคือเครือข่ายที่มี นิวคลีออนเป็นโหนด และมี แถบผูกมัดเชิงเทนเซอร์เป็นเส้นเชื่อม ความเสถียร การเปลี่ยนรูป สเปกตรัมระดับพลังงาน และแหล่งพลังงานของนิวเคลียส ล้วนอ่านได้จากเครือข่ายนี้: เรขาคณิตของโหนด ความยาวรวมและความตึงของแถบ ตลอดจนการเด้งคืนสู่สมดุลของทะเลพลังงาน ภาพเชิงวัตถุนี้ไม่ได้เปลี่ยนข้อสังเกตใด ๆ ที่มีอยู่ เพียงวางข้อเท็จจริงเหล่านั้นลงบน “สมุดบัญชีพลังงาน” ที่มองเห็นง่ายขึ้น ช่วยเชื่อมโยงเหตุผลตั้งแต่ไฮโดรเจนถึงยูเรเนียม และตั้งแต่หลอมรวมถึงแตกตัว

XI. หมายเหตุภาพสาธิต (เป็นสเก็ตช์; นิวเคลียสจริงแตกต่างกันตามธาตุ)

1. ไอคอนนิวคลีออน
   • วงแหวนร่วมศูนย์สีดำเส้นหนาแสดงโครงสร้างปิดที่คงตัวด้วยตนเอง สี่เหลี่ยมเล็กและส่วนโค้งด้านในสื่อถึงการล็อกเฟสและเนื้อผิวระยะใกล้
   • รูปแบบวงแหวนสองชนิดที่สลับกันบ่งชี้โปรตอนและนิวตรอน:
     a) โปรตอน (สีแดงในภาพ): หน้าตัดมีลักษณะ “แรงภายนอก-อ่อนภายใน”
     b) นิวตรอน (สีดำ): หน้าตัดเสริมกัน โดยแถบด้านในและด้านนอกหักล้างโพลองค์ประกอบไฟฟ้าสุทธิ
2. แถบผูกมัดข้ามนิวคลีออน (แถบกว้างโปร่งแสง)
   • แถบโค้งกว้างที่เชื่อมนิวคลีออนข้างเคียงคือ แถบผูกมัดเชิงเทนเซอร์ สอดคล้องกับท่อฟลักซ์สี/ปฏิสัมพันธ์อย่างเข้มตกค้างในถ้อยคำดั้งเดิม
   • แถบเหล่านี้ไม่ใช่วัตถุอิสระใหม่ แต่เกิดจากการเชื่อมต่อใหม่และการยืดขยายของแถบรอบนิวคลีออนเอง—เป็นช่องทางต้นทุนต่ำที่ทะเลพลังงานเปิดขึ้นในสเกลนิวเคลียร์
   • การเชื่อมโยงกันของแถบก่อเป็นเครือข่ายแบบสามเหลี่ยม-รวงผึ้ง เป็นเหตุผลเชิงเรขาคณิตของแรงดึงระยะกลางและลักษณะอิ่มตัว (นิวคลีออนแต่ละตัวรองรับจำนวนจุดเชื่อมและมุมกระจายได้จำกัด)
   • วงรีสีเหลือง (“ลักษณะคล้ายกลูออน”): เรียงเป็นคู่/ต่อเนื่องตามแถบ แทนกระแสที่คล้ายกลูออนกำลังวิ่ง
3. แอ่งตื้นนิวเคลียร์และความเกือบสมมาตรทุกทิศ (วงลูกศรด้านนอก)
   • วงลูกศรเล็กโดยรอบแสดง แอ่งตื้นนิวเคลียร์ ที่เฉลี่ยตามเวลา (ภาพลักษณ์ด้านมวล)
   • ระยะใกล้มีทิศทางและเนื้อผิวชัด ส่วนระยะไกลถูกการเด้งคืนของทะเลพลังงานทำให้เรียบ จนใกล้ทรงกลม
4. บริเวณแกนกลางสีอ่อน
   แถบหลายเส้นมาบรรจบกันบริเวณศูนย์กลาง แสดงความแข็งโดยรวม แหล่งนี้เป็นทั้งที่มาอย่างหนึ่งของพฤติกรรมเชลล์/เลขมหัศจรรย์ และเป็นบริเวณที่ การสั่นแบบรวมหมู่ (เรโซแนนซ์ยักษ์) ถูกกระตุ้นได้ง่าย