מדעי הפיזיקה

פיזיקה גרעינית

ענף זה של הפיזיקה עוסק במבנה הגרעין האטומי והקרינה מגרעינים לא יציבים. קטן פי 10,000 מכמות האטום, החלקיקים המרכיבים את הגרעין, הפרוטונים והנויטרונים, מושכים זה את זה חזק כל כך על ידי הכוחות הגרעיניים, עד כי אנרגיות גרעין גדולות פי 1,000 יותר מאנרגיות אטומיות טיפוסיות. יש צורך בתיאוריה קוונטית להבנת המבנה הגרעיני.

כמו אטומים נרגשים, גרעינים רדיואקטיביים לא יציבים (או טבעיים או מיוצרים באופן מלאכותי) יכולים לפלוט קרינה אלקטרומגנטית. הפוטונים הגרעיניים האנרגטיים נקראים קרני גאמה. גרעינים רדיואקטיביים פולטים גם חלקיקים אחרים: אלקטרונים שליליים וחיוביים (קרני בטא), המלווים בנייטרינו וגרעיני הליום (קרני אלפא).

כלי מחקר עיקרי בפיזיקה גרעינית כולל שימוש בקורות חלקיקים (למשל, פרוטונים או אלקטרונים) המכוונים כטילים כנגד יעדים גרעיניים. נרתעים חלקיקים נרתעים וכל שברי גרעין כתוצאה מהם, וכיווניהם ואנרגיותיהם מנותחים כדי לחשוף פרטים על מבנה גרעיני וכדי ללמוד עוד על הכוח החזק. כוח גרעיני חלש בהרבה, מה שנקרא אינטראקציה חלשה, אחראי לפליטת קרני בטא. ניסויים בהתנגשות גרעינית משתמשים בקורות של חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה יותר, כולל אלה של חלקיקים לא יציבים הנקראים מזונים המיוצרים על ידי התנגשויות גרעיניים ראשוניות במאיצות המכונות מפעלי מזון. חילופי מזונים בין פרוטונים לנויטרונים אחראים ישירות לכוח החזק. (לגבי המנגנון העומד בבסיס מזונים, ראה להלן כוחות ושדות יסוד.)

ברדיואקטיביות ובהתנגשויות המובילות לפירוק גרעיני, זהותו הכימית של המטרה הגרעינית משתנה בכל פעם שיש שינוי במטען הגרעיני. בתגובות גרעניות ואיחוי, בהן גרעינים בלתי יציבים, בהתאמה, מפוצלים לגרעינים קטנים יותר או משתלבים לגדולים יותר, שחרור האנרגיה עולה בהרבה על כל תגובה כימית.