Ydinfysiikka
Tämä fysiikan haara käsittelee atomin ytimen rakennetta ja epästabiilien ytimien säteilyä. Noin 10 000 kertaa pienempi kuin atomi, ytimen muodostavat hiukkaset, protonit ja neutronit houkuttelevat toisiaan niin voimakkaasti ydinvoimien kautta, että ydinenergia on noin 1 000 000 kertaa suurempi kuin tyypilliset atomienergiat. Ydinrakenteen ymmärtämiseksi tarvitaan kvanttiteoria.
Kuten virittyneet atomit, epästabiilit radioaktiiviset ytimet (joko luonnossa esiintyvät tai keinotekoisesti tuotetut) voivat lähettää sähkömagneettista säteilyä. Energisiä ydinfotoneja kutsutaan gammasäteiksi. Radioaktiiviset ytimet emittoivat myös muita hiukkasia: negatiivisia ja positiivisia elektroneja (beeta-säteitä), joihin liittyy neutriinoja, ja heliumydimiä (alfa-säteitä).
Ydinfysiikan pääasiallinen tutkimusväline sisältää hiukkasten (esim. Protonien tai elektronien) palkkien käytön, jotka on suunnattu ammuksina ydinkohteita vastaan. Kääntyvät hiukkaset ja mahdolliset niistä syntyvät ydinfragmentit havaitaan, ja niiden suunnat ja energiat analysoidaan paljastamaan ytimen rakenteen yksityiskohdat ja oppia lisää voimakkaasta voimasta. Beetasäteiden päästöistä vastaa paljon heikompi ydinvoima, niin kutsuttu heikko vuorovaikutus. Ydintörmäyskokeissa käytetään korkeamman energian hiukkasten palkkeja, mukaan lukien epästabiilien hiukkasten, joita kutsutaan mesoneiksi, palkkeja, jotka on tuotettu primaarisissa ydintörmäyksissä kiihdyttimissä, jotka on nimeltään mesonitehtaat. Mesonien vaihto protonien ja neutronien välillä on suoraan vastuussa voimakkaasta voimasta. (Mesonien taustalla olevasta mekanismista, katso alla perusvoimat ja kentät.)
Radioaktiivisuudessa ja ydinhajoamiseen johtavissa törmäyksissä ydinkohteen kemiallinen identiteetti muuttuu aina, kun ydinvarauksessa tapahtuu muutoksia. Fissio- ja fuusioydinreaktioissa, joissa epästabiilit ytimet on vastaavasti jaettu pienempiin ytimiin tai sulautettu suurempiin ytimiin, energian vapautuminen ylittää selvästi minkä tahansa kemiallisen reaktion.
