Jadrová fyzika
Jadrová fyzika alebo nukleárna fyzika (z lat. nucleus = jadro) je časť fyziky zaoberajúca sa javmi v jadre atómu.
Jadrová fyzika pozostáva z teoretickej a experimentálnej časti. Predmetom skúmania jadrovej fyziky je jadro atómu, jeho štruktúra ako aj reakcie medzi jadrami.
Popis jadrových reakcií sa robí prostredníctvom účinného prierezu. Účinný prierez predstavuje pravdepodobnosť reakcie častice s určitou energiou a jadra.
Stavebné prvky jadra
Jadro atómu pozostáva z nukleónov. Medzi nukleóny patrí protón a neutrón. Počet protónov v jadre vyjadruje protónove číslo Z. Počet všetkých nukleónov v jadre predstavuje nukleónové číslo A. Rozdiel nukleónového čísla A a protónového čísla Z, predstavuje počet neutrónov N v jadre. A=Z+N. Zvyčajne prevyšuje počet neutrónov ako počet protónov v jadre. Zvlášť viditeľný je tento rozdiel pri jadrách vyšších Z.
Atómová hmotnosť
Atómová hmotnosť je určená počtom nukleónov.
Izotopy
Izotopy sú atómy rovnakého protónového čísla ale rôznej atómovej hmotnosti.
Experimenty
Experimenty v jadrovej fyzike alebo fyzike elementárnych častíc až na malé množstvo výnimiek využívajú urýchľovače častíc. Vývoj a konštrukcia urýchľovačov s čoraz väčšou energiou a intenzitou urýchľovaného zväzku častíc umožňuje objavenie nových elementárnych častíc. Experimenty v jadrovej fyzike možno rozdeliť na rozptylové a spektroskopické.
Rozptylové experimenty
V rozptylových experimentoch je urýchlený zväzok častíc so známou energiou a hybnosťou nasmerovaný k objektu, ktorý chceme študovať (terčík). Častice zväzku pri zrážke interagujú s časticami terčíka. Z kvantitatívnych kinematických rozdielov spôsobených procesom môžeme spoznať vlastnosti terčíka aj interakcií ktoré prebehli.
Uvážme príklad elastického elektrónového rozptylu, ktorý sa osvedčil ako spoľahlivá metóda pre meranie polomerov v jadrovej fyzike. Štruktúra terčíka sa stáva viditeľnou vďaka difrakcii len za predpokladu, že de Broglieho vlnová dĺžka λ = h/p elektrónu je porovnateľná s veľkosťou terčíka. Výsledný difrakčný obrazec rozptýlených častíc nám hovorí o veľkosti jadra.
Pre určenie veľkosti atómu nám postačuje Röntgenové žiarenie s energiou ~ 104 eV. Polomery jadier sú merané elektrónovými zväzkami energie ~ 108 eV, pre polomery protónov energie ~ 108 až 109 eV. Napriek dnešnej dosahovanej energii elektrónových zväzkov až ~ 5.1010 eV a protónom s energiami ~ 1012 eV, nie je možné sledovať subštruktúru kvarkov alebo leptónov.
Spektroskopia
Pojem spektroskopia sa používa pre popis experimentov, ktoré skúmajú rozpadové produkty excitovaných stavov. Týmto spôsobom je možné študovať vlastnosti excitovaných stavov a taktiež aj interkacie medzi komponentmi. Excitačné energie systému narastajú s jeho klesajúcim rozmerom. Pre produkciu týchto excitovaných stavov sú potrebné častice vysokých energií. Rozptylové experimenty pre určenie veľkosti systému a produkcia excitovaných stavov vyžadujú podobne veľké energie zväzkov.