5.10 Nukleus ng atomo

Home ／ Kabanata 5: Mikroskopikong partikulo (V5.05)

Ang nukleus ng atomo ay isang sarili-kumikilos na network na binubuo ng mga nukleon—proton at neutron. Sa pananaw ng Teorya ng mga Sinulid ng Enerhiya (EFT), bawat nukleon ay isang “sariling-sumusuportang nakasarang bigkis ng mga sinulid.” Nabubuo ang pagkakabigkis sa pagitan ng mga nukleon sa pamamagitan ng mga banda ng pagkakakulong na anyong koridor na kusang “binubuksan” ng dagat ng enerhiya sa pagitan ng magkakatabing nukleon upang sundan ang pinakamababang gastusing landas. Ang mga kumpol ng along baluktot o lukot na dumadaloy sa mga bandang ito ang nagpapakita ng “anyo-gluon” (minamarkahan bilang dilaw sa paglalarawang banggit sa hulí). Pinananatili ng larawang ito ang parehong nasusukat na obserbable ng pisikang pangunahing agos, ngunit ginagawang mas materyal ang pahayag na “ang puwersang nuklear ay mula sa natitirang malakas na interaksiyon” sa anyong “mga koridor na tensor” at “mulîng pagkakaugnay.”

I. Ano ang nukleus (obhetibong paglalarawan)

• Binubuo ang nukleus ng mga proton at neutron.
• Itinakda ng bilang ng proton ang uri ng elementong kimikal. Sa mga guhit batay sa Teorya ng mga Sinulid ng Enerhiya, ang puláng nukleon ay proton at ang itím na nukleon ay neutron.
• Iba-iba ang bilang at ayos ng mga nukleon sa network para sa bawat elemento at isotopo. Ang protium (hydrogen-1) ay natatangi: iisa lamang ang proton ng nukleus at walang bandang tumatawid sa pagitan ng mga nukleon.

Halimbawa: Isiping bawat nukleon ay butones na may “puwesto ng kawit.” Kusang “naghahabi” ang dagat ng enerhiya ng isang sinturong nakakapit sa dalawang magkalapit na butones upang ikandado ang mga ito. Ang sinturong ito ang banda ng pagkakakulong na tensor.

II. Bakit “naghihilahan” ang mga nukleon: mga banda ng pagkakakulong na tensor

• Kapag nagsalubong ang lanskap na tensor sa malapít na paligid ng dalawang nukleon, pinipili ng dagat ng enerhiya ang pinakamuràng landas at “ikinakandado” ang isang koridor na nagdudugtong sa dalawa—ito ang bandang tumatawid sa pagitan ng mga nukleon.
• Hindi sinulid na “hinugot” mula sa nukleon ang bandang ito, kundi tugong kolektibo ng daluyan na nakasadsad sa mga “port” sa ibabaw ng nukleon.
• Ang dumadaloy na yugto at fluks sa banda ay lumilitaw bilang “anyo-gluon,” na inilalarawan bilang maliliit na dilaw na obalo.

Halimbawa: Parang magaan na tulay-lakaran na kusang umuusbong sa pagitan ng dalawang pampang; ang mga dilaw na tuldok na nag-uugnay ay ang “daloy ng trapiko.”

III. Bakit may “pagtulak sa malapít – paghila sa katamtaman – pagkapawi sa malayo”

• Pagtulak sa malapít: Kapag labis na nagsumiksik ang mga ubod ng nukleon, matindi ang pag-ipit ng tekstura sa malapít; tumataas nang bigla ang gastos sa paggugupit sa dagat ng enerhiya—katumbas ng matigas-ubod na pagtulak.
• Paghila sa katamtaman: Sa wastong pagitan, miniminisa ng bandang tensor ang kabuuang gastos at lumalakas ang bigkis.
• Pagkapawi sa malayo: Lampas sa sukat-nuklear, hindi na kusang nakakandado ang banda; mabilis humihina ang hila at ang malayong larangan ay naiiwang mahinang “mababaw na baseng nuklear” na halos isotropiko.

Halimbawa: Dalawang malapad na piraso ng magnet ang nagtutulakan kapag sobrang lapit, pinakamatatag kapag bahagyang pinaghiwalay, at hindi na nagdudugtungan kapag masyadong malayo.

IV. Mga sapín, mahikang bilang, at pagpares

• Mga sapín (shells): Sa ilalim ng mga paghihigpit na heometriko at tensor, inuuna ng mga nukleon ang “mababang-gastusíng mga singsing.” Kapag napuno ang isang singsing, tumatalon paitaas ang kabuuang tigas at lumilitaw ang bakás ng mahikang bilang.
• Pagpares: Mas mahusay na nababalanse ang tekstura sa malapít kapag magkapares ang mga spin at tugma ang chiralidad, kaya nagkakaroon ng enerhiya-pagpares.
• Ugnayang masusukat: Nagreresulta ang mahikang bilang at pagpares sa sunud-sunod na baitang ng antas-enerhiya at sa mga regularidad ng ispektrum nuklear.

Halimbawa: Parang teatro na may magkakasing-gilid na hanay ng upuan. Kapag napuno ang isang hanay, mas tumitino ang kilos ng lahat; kapag magkatabing upuan ang “mag-pares,” mas kaunti ang pag-aalog.

V. Deformasyon, kolektibong pag-uuga, at pagbuo ng kumpol

• Deformasyon: Kung may mga singsing na hindi pa puno o hindi pantay ang pagkakadugtong sa panlabas, bahagyang lumilihis ang hugis ng nukleus mula sa esfero—napahahaba o napapaplat.
• Kolektibong pag-uuga: Pinapahintulutan ng network ng mga banda ang pangkalahatang “paghinga” at “pag-indayog,” na tumutugma sa mababang-enerhiyang kolektibong eksitasyon at higanteng resonansiya.
• Pagbuo ng kumpol: Sa magagaan na nukleus, kung lalo-t napagtitibay ang mga banda sa ilang nukleon, maaaring lumitaw ang lokal na sub-istruktura—halimbawa ang kumpol-alpa.

Halimbawa: Ang balat ng tambol na sinasandigan sa maraming tuldok ay maaaring umalon nang buo o sumagot sa mga pitik na lokal; pinagsama, ito ang timbre ng instrumento.

VI. Mga isotopo at ang “lambak ng katatagan”

• Sa iisang elemento, ang pagbabago ng bilang ng neutron ay bumabago sa kahusayan ng pag-aangkop at sa topolohiya ng mga banda, kaya naiiba ang katatagan.
• Kapag “kulang” o “sobra” ang mga neutron, may mga puwesto sa network na “hindi mahigpit ang kapit”; kusang nag-aayos ang sistema sa pamamagitan ng mga prosesong gaya ng beta decay upang lumapit sa mas matatag na proporsiyon.
• Karamihan sa matatatag na nuklid ay nakahanay malapít sa “lambak ng katatagan.”

Halimbawa: Umiindayog ang tulay kung kulang o sobrang siksik ang mga tukod. Kailangang tugma ang ritmo ng mga trus at ayos ng mga kable para maging matatag.

VII. Talaan ng enerhiya sa pagsasanib ng magagaan at paghahati ng mabibigat na nukleus

• Pagsasanib (fusion): Pinagdurugtong ang dalawang “pisi-jaring tulay” upang maging mas malaki at mas episyenteng network; ang natipid na haba at tensiyon ng mga koridor ay inilalabas bilang radyasyon at enerhiyang mekanikal.
• Paghahati (fission): Kapag hinati ang labis na masalimuot na network sa dalawang mas siksík na subnetwork, nababawasan din ang kabuuang haba ng mga koridor at napapalaya ang enerhiya.
• Ang dalawa ay pawang mulîng pagtatala ng kabuuang haba at tensiyon ng mga banda sa buong network.

Halimbawa: Itali ang dalawang maliit na lambat upang maging epektibong iisang lambat, o hatiin ang sobrang hapit na lambat sa dalawang akmang piraso—kapwa “nakakatipid ng tali” kapag maayos ang ayos.

VIII. Ilang tipikal at natatanging kaso

• Protium (hydrogen-1): Isang proton lamang ang nukleus at walang bandang tumatawid sa pagitan ng mga nukleon.
• Helium-4: “Pinakamunting ganap na singsing” na may apat na nukleon at mataas na tigas.
• Palibot ng bakal: Pinakamakatipid sa karaniwan ang “talaan ng koridor” kada nukleon, kaya pinakamatatag sa kabuuan.
• Mga nukleus na may halo: Iilang neutron ang umaabot nang malayo palabas, wari’y manipis na balabal na bumabalot sa network ng ubod.

IX. Pagtatabi sa larawan ng pangunahing agos

• “Puwersang nuklear mula sa natitirang malakas na interaksiyon” ↔ “Mga bandang pagkakakulong na tensor na tumatawid sa pagitan ng mga nukleon.”
• “Palitan ng gluon” ↔ “Daloy ng mga kumpol-along baluktot/lukot sa loob ng mga banda.”
• “Pagtulak sa malapít – paghila sa katamtaman – pagkapawi sa malayo” ↔ “Gastos sa paggugupit ng ubod – pinakamainam na koridor – pagkapantay ng malayong larangan.”
• “Mga sapín, mahikang bilang, pagpares, deformasyon, mga modong kolektibo” ↔ “Kapasidad ng mga singsing, baitang ng pagkapuno, pagtutugma ng oryentasyon, heometriya ng network, at mga pag-uuga.”

X. Buod

Ang nukleus ng atomo ay isang network na ang mga nukleon ang mga buhol at ang mga bandang pagkakakulong na tensor ang mga dugtungan. Nababása rito ang katatagan, deformasyon, ispektrum ng mga antas-enerhiya, at mga bukal ng enerhiya: ang heometriya ng mga buhol, ang kabuuang haba at tensiyon ng mga banda, at kung paano ibinabalik ng dagat ng enerhiya sa pagkakabalanse ang network kapag naantig. Hindi nito binabago ang alinmang napatunayang obserbasyon; sa halip, inilalatag nito ang mga iyon sa isang mas nakikitang “talaan ng enerhiya,” kaya napag-uugnay ang pangangatwiran mula hydrogen hanggang uranium at mula pagsasanib hanggang paghahati.

XI. Mga tala sa pigura (iskematik; nagkakaiba ang tunay na nukleus ayon sa elemento)

1. Mga ikon ng nukleon
   • Makakapal na itím na magkakasentro na singsing ang nagpapakita ng nakasarang estrukturang sarili-sumusuporta; ang maliliit na parisukat at maiikling arko sa loob ay tanda ng pag-lock ng yugto at ng tekstura sa malapít.
   • Dalawang nagsasalitáng padron ng singsing ang naghihiwalay sa proton at neutron:
     a) Proton (pula sa pigura): Seksyon na may teksturang “mas malakas sa labas, mas mahina sa loob.”
     b) Neutron (itím): Komplementaryong seksyon kung saan nagkakabawas ang panloob at panlabas na banda sa netong polarisidad na elektrika.
2. Mga bandang tumatawid sa pagitan ng mga nukleon (malapad, bahagyang malinaw)
   • Ang malalapad na arkong nagdudugtong sa magkatabing nukleon ay mga bandang pagkakakulong na tensor, na kahalintulad ng mga tubong fluks ng kulay/natitirang malakas na interaksiyon sa karaniwang wika.
   • Hindi ito bagong hiwalay na entidad; umuusbong ang mga ito mula sa muling pagdudugtong at paglawig ng sariling mga banda ng mga nukleon—ang pinakamababang gastusing daanan na “binubuksan” ng dagat ng enerhiya sa sukat-nuklear.
   • Ang pagkakakrus ng mga banda ay bumubuo ng network na tatsulok-pulot-pukyutan, heometrikong sanhi ng paghila sa katamtamang pagitan at ng kasiyahan (bawat nukleon ay may hangganan sa dami ng koneksiyon at sa distribusyon ng mga anggulo).
   • Dilaw na obalo (“anyo-gluon”): Nakaayos na magkapares o magkakasunod sa bawat banda upang ipakita ang gumugulong na daloy na kahawig ng gluon.
3. Mababaw na baseng nuklear at halos isotropiya (panlabas na singsing ng mga palaso)
   • Isang singsing ng maliliit na palaso sa paligid ang kumakatawan sa mababaw na baseng nuklear na naipapantay sa paglipas ng oras (anyo na parang masa).
   • May direksiyonal na tekstura ang malapít na larangan; ang malayong larangan, dahil sa pag-alsa-balik ng dagat ng enerhiya, ay lumalapit sa esferikong paggiya.
4. Mapusyaw na ubod sa gitna
   Nagtitipun-tipon ang maraming banda sa ubod, na nagpapahiwatig ng kabuuang tigas; dito nagmumula ang ilan sa asal ng sapín/mahikang bilang at dito pinakamadaling maudyok ang kolektibong pag-uuga (higanteng resonansiya).