Física nuclear
Esta rama de la física se ocupa de la estructura del núcleo atómico y la radiación de núcleos inestables. Aproximadamente 10,000 veces más pequeñas que el átomo, las partículas constituyentes del núcleo, protones y neutrones, se atraen entre sí con tanta fuerza por las fuerzas nucleares que las energías nucleares son aproximadamente 1,000,000 de veces más grandes que las energías atómicas típicas. La teoría cuántica es necesaria para comprender la estructura nuclear.
Al igual que los átomos excitados, los núcleos radioactivos inestables (producidos naturalmente o producidos artificialmente) pueden emitir radiación electromagnética. Los fotones nucleares energéticos se llaman rayos gamma. Los núcleos radiactivos también emiten otras partículas: electrones negativos y positivos (rayos beta), acompañados de neutrinos, y núcleos de helio (rayos alfa).
Una herramienta de investigación principal de la física nuclear implica el uso de haces de partículas (p. Ej., Protones o electrones) dirigidos como proyectiles contra objetivos nucleares. Se detectan partículas en retroceso y cualquier fragmento nuclear resultante, y se analizan sus direcciones y energías para revelar detalles de la estructura nuclear y para aprender más sobre la fuerza fuerte. Una fuerza nuclear mucho más débil, la llamada interacción débil, es responsable de la emisión de rayos beta. Los experimentos de colisión nuclear utilizan haces de partículas de mayor energía, incluidos los de partículas inestables llamadas mesones producidos por colisiones nucleares primarias en aceleradores denominados fábricas de mesones. El intercambio de mesones entre protones y neutrones es directamente responsable de la fuerza fuerte. (Para el mecanismo subyacente a los mesones, ver abajo Fuerzas y campos fundamentales).
En la radiactividad y en las colisiones que conducen a la ruptura nuclear, la identidad química del objetivo nuclear se altera cada vez que hay un cambio en la carga nuclear. En las reacciones nucleares de fisión y fusión en las que los núcleos inestables se dividen, respectivamente, en núcleos más pequeños o se amalgaman en núcleos más grandes, la liberación de energía supera con creces la de cualquier reacción química.
