5.10 원자핵

목차 ／ 제5장: 미시적 입자 (V5.05)

원자핵은 양성자와 중성자로 이루어진 자기지탱 네트워크입니다. **에너지 스레드 이론(EFT)**에서는 각 핵자를 스스로 안정되는 ‘폐쇄 스레드 다발’로 보고, 서로 다른 핵자는 주변 매질인 **에너지 바다(Energy Sea)**가 자발적으로 여는 장력 회랑으로 연결된다고 설명합니다. 이 회랑을 따라 이동하는 비틀림·주름 파킷은 ‘글루온 유사’ 징후로 나타납니다. 이러한 묘사는 표준 관측값과 부합하며, “핵력이 색 상호작용의 잔여”라는 말을 ‘장력 회랑’과 ‘재결합’이라는 직관적 이미지로 바꿔 보여 줍니다.

I. 원자핵이란 무엇인가(중립적 서술)

• 원자핵은 양성자와 중성자로 구성됩니다.
• 양성자 수가 원소를 정합니다. 에너지 스레드 이론 도식에서는 양성자를 빨간색, 중성자를 검은색으로 표시합니다.
• 원소와 동위체는 네트워크 안의 핵자 수와 배열이 다릅니다. 수소-1은 예외로, 단일 양성자 핵이어서 핵자 간 회랑이 없습니다.

비유: 각 핵자를 걸쇠 달린 단추로 보면, 에너지 바다가 인접 단추 사이에 스스로 절약적인 띠를 ‘짜’서 채워 줍니다. 그 띠가 장력 회랑입니다.

II. 핵자가 ‘달라붙는’ 이유: 장력 회랑

• 두 핵자의 근거리 장력 지형이 서로 맞물리면, 에너지 바다가 최소 비용 경로를 따라 회랑을 고정하여 두 핵자를 잇습니다.
• 회랑은 핵자에서 ‘뽑아 낸 실’이 아니라 매질의 집단적 응답이며, 핵자 표면의 ‘포트’에 닻을 내립니다.
• 회랑을 흐르는 위상과 플럭스는 작은 노란 타원으로 나타낸 ‘글루온 유사’ 파킷으로 보입니다.

비유: 두 둑 사이에 저절로 아치형으로 걸리는 가벼운 다리. 다리 위를 오가는 노란 점은 ‘교통 흐름’입니다.

III. 근거리 반발, 중거리 인력, 원거리 소멸

• 근거리—반발: 핵자 코어가 너무 가까워지면 근거리 텍스처가 압축되고 에너지 바다의 전단 비용이 급증하여 사실상 ‘하드코어’ 반발이 됩니다.
• 중거리—인력: 적당한 거리에서는 장력 회랑이 가장 싸므로 인력이 두드러집니다.
• 원거리—소멸: 핵 스케일을 벗어나면 회랑이 자발 고정을 멈추고 인력이 급히 약해지며, 시간 평균으로 약하고 거의 등방적인 ‘얕은 핵 분지’만 남습니다.

비유: 자석은 너무 붙이면 밀치고, 조금 떼면 가장 안정적이며, 멀어지면 끌어당기지 않습니다.

IV. 껍질, 마법수, 짝지음

• 껍질: 기하·장력 제약 아래 핵자는 비용이 낮은 ‘고리’를 우선 차지합니다. 고리가 가득 차면 전체 강성이 도약하고 마법수 자취가 드러납니다.
• 짝지음: 스핀과 카이럴리티가 짝을 이루면 근거리 텍스처가 더 잘 상쇄되어 짝지음 에너지가 생깁니다.
• 관측 연계: 에너지 준위의 계단성과 핵 스펙트럼의 규칙성이 여기에서 나옵니다.

비유: 원형 객석에서 한 줄이 찰 때마다 더 안정됩니다. 이웃 좌석에 짝으로 앉으면 흔들림이 더 줄어듭니다.

V. 변형, 집단 진동, 군집화

• 변형: 일부 고리가 미충전이거나 외곽 결합이 들쭉날쭉하면 형상이 구형에서 조금 늘어나거나 납작해집니다.
• 집단 진동: 회랑 네트워크는 핵 전체의 ‘호흡’과 ‘흔들림’을 허용하며, 저에너지 집단 여기와 거대 공명에 대응합니다.
• 군집화: 가벼운 핵에서는 특별히 견고한 국소 회랑이 알파 군집과 같은 부분 구조를 만들 수 있습니다.

비유: 여러 점에서 팽팽히 당긴 북가죽은 전체로 물결치고 국소 타격에도 응답합니다. 이 합이 음색을 빚습니다.

VI. 동위체와 안정성 골짜기

• 같은 원소(Z 고정)에서도 중성자 수가 바뀌면 네트워크 균형과 회랑 위상이 달라져 안정성이 변합니다.
• 중성자가 너무 적거나 많으면 일부 연결이 헐거워지고, 핵은 β 붕괴 등 경로로 더 안정적인 비율로 스스로 맞춥니다.
• 대부분의 안정 동위원소는 안정성 골짜기 주변에 분포합니다.

비유: 다리는 트러스와 케이블의 리듬이 맞아야 흔들리지 않습니다. 과소·과다는 흔들림을 부릅니다.

VII. 경합(가벼운) 핵융합과 중(무거운) 핵분열의 에너지 회계

• 핵융합: 두 ‘다리망’을 더 크고 회랑 효율이 높은 단일 망으로 합치면 총 장력 길이가 줄고, 절감분이 복사와 운동 에너지로 방출됩니다.
• 핵분열: 지나치게 복잡한 망을 두 개의 조밀한 부분 망으로 가르면 총 길이가 줄면서 에너지가 방출됩니다.
• 공통 원인: 두 경우 모두 ‘회랑 길이 × 장력’의 합계를 재배분합니다.

비유: 작은 그물을 매듭지어 알맞은 큰 그물로 만들거나, 과하게 당긴 그물을 두 장으로 가르는 일. 제대로 하면 ‘줄이 남습니다’.

VIII. 대표적 사례와 특이 예

• 프로튬(수소-1): 단일 양성자 핵, 핵자 간 회랑 없음.
• 헬륨-4: 네 개 핵자의 ‘최소 충전 고리’, 높은 강성.
• 철 부근: 핵자당 평균 ‘회랑 회계’가 최소여서 전체 안정성이 최대입니다.
• 할로 핵: 소수 중성자가 바깥으로 길게 퍼져, 조밀한 코어망 위에 얇은 망토처럼 드리웁니다.

IX. 표준 그림과의 대응

• ‘강한 상호작용의 잔여 핵력’ ↔ ‘핵자 간 장력 회랑’
• ‘글루온 교환’ ↔ ‘회랑 내 비틀림/주름 파킷 흐름’
• ‘가까이 반발–중간 끌림–멀리 소멸’ ↔ ‘코어 전단 비용–최소비용 회랑–원거리장 평활화’
• ‘껍질·마법수·짝지음·변형·집단 모드’ ↔ ‘고리 용량·충전 계단·텍스처 정합·네트워크 기하와 진동’

X. 요약하면

원자핵은 핵자를 노드로, 장력 회랑을 엣지로 갖는 자기지탱 네트워크입니다. 안정성·변형·스펙트럼·에너지 방출은 노드 기하, 회랑 총길이와 장력, 그리고 에너지 바다의 탄성 응답에서 읽을 수 있습니다. 이 가시화는 확립된 사실을 바꾸지 않고, 그것들을 더 보이는 ‘에너지 원장’에 정리하여 수소에서 우라늄, 핵융합에서 핵분열까지의 흐름을 한눈에 드러냅니다.

XI. 도해

원소마다 핵 구조가 다릅니다. 아래 모식도에서는 작은 고리 6개를 지시자로 사용합니다.

도해 범례:

1. 핵자 아이콘
   • 두꺼운 검은 동심원은 핵자의 닫힌 자기지탱 구조를 뜻합니다. 내부의 작은 네모와 짧은 호는 위상 고정 모드와 근거리 텍스처를 가리킵니다.
   • 교대로 쓰는 두 가지 고리 스타일로 양성자와 중성자를 구분합니다.
     1. 양성자(도해에선 빨간색): ‘바깥쪽 강·안쪽 약’ 질감의 단면.
     2. 중성자(검은색): 안팎 기여가 단극 전기 외형을 상쇄하는 보완적 이중 대역.
2. 핵자 간 회랑(반투명 광대역 그물)
   • 이웃 핵자를 잇는 넓은 호 모양 띠가 장력 회랑이며, 전통 서술의 ‘색 플럭스 튜브’에 해당합니다.
   • 새로 추가된 독립 개체가 아니라 각 핵자 고유 회랑의 재결합과 연장입니다. 에너지 바다가 핵 스케일에서 최소 비용 채널로 엽니다.
   • 띠들은 삼각–벌집 패턴을 이루며, 중거리 인력과 포화의 기하 원인이 됩니다(핵자당 연결 수와 각도는 유한함).
   • 작은 노란 타원(글루온 유사 파킷): 각 회랑을 따라 쌍/연속으로 배치하여 채널 내부의 파킷 흐름을 표시합니다.
3. 얕은 핵 분지와 등방성(바깥쪽 화살 고리)
   가는 화살 고리는 시간 평균으로 거의 등방적인 ‘얕은 핵 분지’(질량 외형)를 나타냅니다.
   • 근거리에는 방향성 텍스처가 남고,
   • 원거리장은 매질의 반발로 평활화되어 구대칭 유도를 향합니다.
4. 중앙 연한 코어 영역
   다수 회랑이 모이는 중심부는 네트워크 전체 강성을 보여 줍니다. **집단 진동(거대 공명)**이 가장 쉽게 여기되며, 껍질/마법수의 근원 가운데 하나입니다.