Füüsika teadus

Tuumafüüsika

See füüsikaharu tegeleb aatomituuma struktuuri ja ebastabiilsetest tuumadest lähtuva kiirgusega. Aatomist umbes 10 000 korda väiksemad tuuma koostisosakesed, prootonid ja neutronid tõmbavad tuumajõude üksteise külge nii tugevalt, et tuumaenergiad on umbes 1 000 000 korda suuremad kui tüüpilised aatomienergiad. Tuumustruktuuri mõistmiseks on vaja kvantteooriat.

Nagu ergastatud aatomid, võivad ka ebastabiilsed radioaktiivsed tuumad (kas looduslikult esinevad või kunstlikult toodetud) eraldada elektromagnetilist kiirgust. Energeetilisi tuuma footoneid nimetatakse gammakiirteks. Radioaktiivsed tuumad kiirgavad ka teisi osakesi: negatiivsed ja positiivsed elektronid (beetakiired), millele on lisatud neutriinod, ja heeliumituumad (alfakiired).

Tuumafüüsika peamine uurimisvahend hõlmab osakeste kiirte (nt prootonite või elektronide) kiirte kasutamist, mis on mürskudena suunatud tuuma sihtmärkide vastu. Avastatakse taaskeeruvad osakesed ja neist tulenevad tuumafragmendid ning nende suunda ja energiat analüüsitakse tuumastruktuuri üksikasjade paljastamiseks ja tugeva jõu tundmaõppimiseks. Beetakiirte emissiooni eest vastutab palju nõrgem tuumajõud, nn nõrk interaktsioon. Tuumakokkupõrkekatsetes kasutatakse suurema energiaga osakeste taimi, sealhulgas ebastabiilsete osakeste taimi, mida nimetatakse mesoniteks ja mis tekivad primaarsete tuumakokkupõrgete korral kiirendites, mida nimetatakse dubleeritud mesoonitehastes. Tugeva jõu eest vastutab otseselt mesoonide vahetus prootonite ja neutronite vahel. (Mesoonide aluseks oleva mehhanismi kohta vaata allpool põhijõude ja -välju.)

Radioaktiivsuses ja tuuma lagunemiseni viinud kokkupõrgetes muutub tuuma sihtmärgi keemiline identiteet alati, kui tuumalaeng muutub. Lõhustumise ja termotuumasünteesi tuumareaktsioonides, kus vastavalt ebastabiilsed tuumad jagunevad väiksemateks tuumadeks või suuremateks tuumadeks, ületab energia eraldumine tunduvalt mis tahes keemilise reaktsiooni energiat.