Fisica Nucleare
Questo ramo della fisica si occupa della struttura del nucleo atomico e della radiazione da nuclei instabili. Circa 10.000 volte più piccole dell'atomo, le particelle costituenti del nucleo, i protoni e i neutroni, si attraggono così fortemente dalle forze nucleari che le energie nucleari sono circa 1.000.000 volte più grandi delle energie atomiche tipiche. La teoria quantistica è necessaria per comprendere la struttura nucleare.
Come gli atomi eccitati, i nuclei radioattivi instabili (presenti in natura o prodotti artificialmente) possono emettere radiazioni elettromagnetiche. I fotoni nucleari energetici sono chiamati raggi gamma. I nuclei radioattivi emettono anche altre particelle: elettroni negativi e positivi (raggi beta), accompagnati da neutrini e nuclei di elio (raggi alfa).
Uno strumento di ricerca principale della fisica nucleare prevede l'uso di fasci di particelle (ad esempio protoni o elettroni) diretti come proiettili contro obiettivi nucleari. Vengono rilevate particelle indietreggianti e tutti i frammenti nucleari che ne risultano, e le loro direzioni ed energie vengono analizzate per rivelare i dettagli della struttura nucleare e per saperne di più sulla forza forte. Una forza nucleare molto più debole, la cosiddetta interazione debole, è responsabile dell'emissione dei raggi beta. Gli esperimenti di collisione nucleare utilizzano fasci di particelle di energia superiore, compresi quelli di particelle instabili chiamate mesoni prodotti da collisioni nucleari primarie in acceleratori chiamati fabbriche di mesoni. Lo scambio di mesoni tra protoni e neutroni è direttamente responsabile della forza forte. (Per il meccanismo alla base dei mesoni, vedi sotto Forze e campi fondamentali.)
Nella radioattività e nelle collisioni che portano alla rottura nucleare, l'identità chimica dell'obiettivo nucleare viene modificata ogni volta che si verifica un cambiamento nella carica nucleare. Nelle reazioni nucleari di fissione e fusione in cui i nuclei instabili sono, rispettivamente, suddivisi in nuclei più piccoli o amalgamati in nuclei più grandi, il rilascio di energia supera di gran lunga quello di qualsiasi reazione chimica.
