Nukleáris fizika
A fizika ezen ága az atommag szerkezetével és az instabil magok sugárzással foglalkozik. Az atom körülbelül 10 000-szer kisebb, és a mag, a protonok és a neutronok alkotó részecskéi annyira vonzzák egymást a nukleáris erők révén, hogy a nukleáris energiák megközelítőleg 1.000.000-szer nagyobbak, mint a tipikus atomenergiák. A kvantumelméletre van szükség a nukleáris szerkezet megértéséhez.
A gerjesztett atomokhoz hasonlóan az instabil (természetesen előforduló vagy mesterségesen előállított) radioaktív atommagok is elektromágneses sugárzást bocsáthatnak ki. Az energetikai atomfotonokat gamma-sugaraknak nevezzük. A radioaktív magok más részecskéket bocsátanak ki: negatív és pozitív elektronokat (béta-sugarak), amelyeket neutrinók kísérnek, és héliummagokat (alfa-sugarak).
A nukleáris fizika egyik legfontosabb kutatási eszköze részecskék (például protonok vagy elektronok) sugárzásának használata, amely lövedékekként irányul a nukleáris célok ellen. Az újracsévélő részecskéket és az esetlegesen keletkező nukleáris fragmentumokat detektáljuk, és irányaikat és energiájukat elemezzük a nukleáris szerkezet részleteinek feltárása és az erős erő megismerése érdekében. Sokkal gyengébb nukleáris erő, az úgynevezett gyenge kölcsönhatás felelős a béta-sugarak kibocsátásáért. A nukleáris ütközési kísérletekben magasabb energiájú részecskék gerendáit használják, ideértve az instabil részecskék sugárzásait is, amelyeket mesonnak neveznek, és amelyeket primer nukleáris ütközések okoznak a gyorsítógépekben szinkronizált mesongyárakban. A mezonok protonok és neutronok közötti cseréje közvetlenül az erős erő felelős. (A mezonok mögötti mechanizmust lásd az alábbiakban: Alapvető erők és mezők.)
A radioaktivitás és a nukleáris töréshez vezető ütközések során a nukleáris cél kémiai azonosítása megváltozik, amikor megváltozik a nukleáris töltés. A hasadási és a fúziós nukleáris reakciókban, amelyekben az instabil magokat kisebb magokra osztják, vagy nagyobbokra egyesítik, az energiakibocsátás messze meghaladja a kémiai reakciók energiáját.
