Física nuclear
Aquesta branca de la física tracta de l'estructura del nucli atòmic i la radiació de nuclis inestables. Unes 10.000 vegades més petites que l’àtom, les partícules constituents del nucli, els protons i els neutrons, s’atrauen les forces nuclears amb tanta força que les energies nuclears són aproximadament 1.000.000 vegades més grans que les energies atòmiques típiques. La teoria quàntica és necessària per comprendre l'estructura nuclear.
Igual que els àtoms excitats, els nuclis radioactius inestables (naturals o produïts artificialment) poden emetre radiació electromagnètica. Els fotons nuclears energètics s’anomenen raigs gamma. Els nuclis radioactius també emeten altres partícules: electrons negatius i positius (raigs beta), acompanyats de neutrins, i nuclis d’heli (rajos alfa).
Una eina principal de recerca de la física nuclear consisteix en l’ús de feixos de partícules (per exemple, protons o electrons) dirigits com a projectils contra objectius nuclears. Es detecten partícules que recuperen i els fragments nuclears resultants, i s’analitzen les seves indicacions i energies per revelar detalls de l’estructura nuclear i obtenir més informació sobre la força forta. Una força nuclear molt més feble, l’anomenada interacció feble, és responsable de l’emissió de raigs beta. Els experiments de col·lisió nuclear utilitzen feixos de partícules d’energia superior, incloses les de partícules inestables anomenades mesons produïts per col·lisions nuclears primàries en les fàbriques de mesons batejats amb acceleradors. L’intercanvi de mesons entre protons i neutrons és directament responsable de la força forta. (Per al mecanisme subjacent als mesons, vegeu a continuació Forces i camps fonamentals.)
En radioactivitat i en col·lisions que causen la ruptura nuclear, la identitat química de l’objectiu nuclear es altera sempre que hi hagi un canvi en la càrrega nuclear. En les reaccions nuclears de fissió i fusió en què els nuclis inestables es divideixen, respectivament, en nuclis més petits o s’amalgamen en grans, l’alliberament d’energia supera amb escreix la de qualsevol reacció química.
