Fizik nuklear
Cabang fizik ini berkaitan dengan struktur nukleus atom dan sinaran dari nukleus yang tidak stabil. Kira-kira 10,000 kali lebih kecil daripada atom, zarah-zarah penyusun inti, proton dan neutron, menarik satu sama lain dengan kuat oleh kekuatan nuklear sehingga tenaga nuklear kira-kira 1.000.000 kali lebih besar daripada tenaga atom biasa. Teori kuantum diperlukan untuk memahami struktur nuklear.
Seperti atom teruja, nukleus radioaktif yang tidak stabil (sama ada secara semula jadi atau dihasilkan secara buatan) dapat memancarkan sinaran elektromagnetik. Foton nuklear bertenaga dipanggil sinar gamma. Nukleus radioaktif juga mengeluarkan zarah lain: elektron negatif dan positif (sinar beta), disertai oleh neutrino, dan inti helium (sinar alfa).
Alat penyelidikan utama fizik nuklear melibatkan penggunaan pancaran zarah (misalnya, proton atau elektron) yang diarahkan sebagai proyektil terhadap sasaran nuklear. Zarah-zarah penumpuan semula dan serpihan nuklear yang terhasil dikesan, dan arah dan tenaga mereka dianalisis untuk mendedahkan perincian struktur nuklear dan untuk mengetahui lebih lanjut mengenai kekuatan kuat. Kekuatan nuklear yang jauh lebih lemah, yang disebut interaksi lemah, bertanggungjawab untuk pelepasan sinar beta. Eksperimen perlanggaran nuklear menggunakan pancaran zarah bertenaga tinggi, termasuk zarah tidak stabil yang disebut meson yang dihasilkan oleh perlanggaran nuklear utama di pemecut yang digelar kilang meson. Pertukaran meson antara proton dan neutron secara langsung bertanggungjawab terhadap kekuatan kuat. (Untuk mekanisme yang mendasari meson, lihat di bawah Kekuatan dan medan asas.)
Dalam radioaktiviti dan perlanggaran yang menyebabkan perpecahan nuklear, identiti kimia sasaran nuklear diubah setiap kali ada perubahan pada muatan nuklear. Dalam tindak balas nuklear pembelahan dan peleburan di mana nukleus yang tidak stabil masing-masing dibahagikan kepada nukleus yang lebih kecil atau digabungkan menjadi yang lebih besar, pelepasan tenaga jauh melebihi reaksi kimia.
