Kernphysik
Dieser Zweig der Physik befasst sich mit der Struktur des Atomkerns und der Strahlung von instabilen Kernen. Etwa 10.000-mal kleiner als das Atom ziehen sich die Teilchen des Kerns, Protonen und Neutronen durch die Kernkräfte so stark an, dass die Kernenergien etwa 1.000.000-mal größer sind als typische Atomenergien. Die Quantentheorie wird zum Verständnis der Kernstruktur benötigt.
Instabile radioaktive Kerne (entweder natürlich vorkommende oder künstlich erzeugte) können wie angeregte Atome elektromagnetische Strahlung emittieren. Die energetischen Kernphotonen werden Gammastrahlen genannt. Radioaktive Kerne emittieren auch andere Teilchen: negative und positive Elektronen (Betastrahlen), begleitet von Neutrinos, und Heliumkerne (Alphastrahlen).
Ein Hauptforschungsinstrument der Kernphysik ist die Verwendung von Teilchenstrahlen (z. B. Protonen oder Elektronen), die als Projektile gegen Kernziele gerichtet sind. Rückstoßpartikel und daraus resultierende Kernfragmente werden erkannt und ihre Richtungen und Energien analysiert, um Details der Kernstruktur aufzudecken und mehr über die starke Kraft zu erfahren. Eine viel schwächere Kernkraft, die sogenannte schwache Wechselwirkung, ist für die Emission von Betastrahlen verantwortlich. Bei Kernkollisionsexperimenten werden Strahlen energiereicherer Teilchen verwendet, einschließlich solcher instabiler Teilchen, die als Mesonen bezeichnet werden und durch primäre Kernkollisionen in Beschleunigern, sogenannten Mesonenfabriken, erzeugt werden. Der Austausch von Mesonen zwischen Protonen und Neutronen ist direkt für die starke Kraft verantwortlich. (Für den Mechanismus, der Mesonen zugrunde liegt, siehe unten Grundkräfte und Felder.)
Bei Radioaktivität und bei Kollisionen, die zum Zerfall des Kerns führen, ändert sich die chemische Identität des Kernziels, wenn sich die Kernladung ändert. Bei Spalt- und Fusionskernreaktionen, bei denen instabile Kerne in kleinere Kerne gespalten oder zu größeren Kernen verschmolzen werden, übersteigt die Energiefreisetzung die einer chemischen Reaktion bei weitem.
