Fizyka nuklearna
Ta gałąź fizyki zajmuje się strukturą jądra atomowego i promieniowaniem z niestabilnych jąder. Około 10 000 razy mniejsze od atomu cząstki składowe jądra, protonów i neutronów przyciągają się tak silnie przez siły jądrowe, że energie jądrowe są około 1 000 000 razy większe niż typowe energie atomowe. Teoria kwantowa jest potrzebna do zrozumienia struktury jądrowej.
Podobnie jak wzbudzone atomy, niestabilne jądra radioaktywne (występujące naturalnie lub wytwarzane sztucznie) mogą emitować promieniowanie elektromagnetyczne. Energetyczne fotony jądrowe nazywane są promieniami gamma. Jądra radioaktywne emitują również inne cząstki: elektrony ujemne i dodatnie (promienie beta), wraz z neutrinami i jądra helu (promienie alfa).
Główne narzędzie badawcze fizyki jądrowej polega na użyciu wiązek cząstek (np. Protonów lub elektronów) skierowanych jako pociski przeciw celom jądrowym. Odrzutowe cząstki i wszelkie powstałe fragmenty jądrowe są wykrywane, a ich kierunki i energie analizowane w celu ujawnienia szczegółów struktury jądrowej i dowiedzenia się więcej o silnej sile. Znacznie słabsza siła nuklearna, tzw. Słaba interakcja, odpowiada za emisję promieni beta. W eksperymentach zderzeń jądrowych wykorzystuje się wiązki cząstek o wyższej energii, w tym cząstek niestabilnych zwanych mezonami, wytwarzanych przez pierwotne zderzenia jądrowe w akceleratorach nazywanych fabrykami mezonów. Wymiana mezonów między protonami i neutronami jest bezpośrednio odpowiedzialna za silną siłę. (Aby zapoznać się z mechanizmem leżącym u podstaw mezonów, patrz poniżej Podstawowe siły i pola.)
W przypadku radioaktywności i kolizji prowadzących do rozpadu jądrowego tożsamość chemiczna celu nuklearnego jest zmieniana za każdym razem, gdy nastąpi zmiana ładunku nuklearnego. W reakcjach jądrowych rozszczepienia i syntezy jądrowej, w których niestabilne jądra są odpowiednio podzielone na mniejsze jądra lub połączone w większe, uwalnianie energii znacznie przewyższa uwalnianie dowolnej reakcji chemicznej.
