Rayon gammavignette|Des rayons gamma sont produits par des processus nucléaires énergétiques au cœur des noyaux atomiques. Un rayon gamma (ou rayon γ) est un rayonnement électromagnétique à haute fréquence émis lors de la désexcitation d'un noyau atomique résultant d'une désintégration. Les photons émis sont caractérisés par des énergies allant de quelques keV à plusieurs centaines de GeV voire jusqu'à pour le plus énergétique jamais observé. Les rayons gamma furent découverts en 1900 par Paul Villard, chimiste français.
Modèle en couchesEn physique nucléaire, le modèle en couches est un modèle du noyau atomique fondé sur le principe d'exclusion de Pauli pour décrire la structure nucléaire sous l'angle des niveaux d'énergie. Ce modèle a été développé en 1949 à la suite des travaux indépendants de plusieurs physiciens, notamment Eugene Paul Wigner, Maria Goeppert Mayer et J. Hans D. Jensen.
Noyau atomiquevignette|Noyau atomique de l'hélium.Le noyau atomique est la région située au centre d'un atome, constituée de protons et de neutrons (les nucléons). La taille du noyau (de l'ordre du femtomètre, soit ) est environ plus petite que celle de l'atome () et concentre quasiment toute sa masse. Les forces nucléaires qui s'exercent entre les nucléons sont à peu près un million de fois plus grandes que les forces entre les atomes ou les molécules. Les noyaux instables, dits radioactifs, sont ceux d'où s'échappent des neutrons.
E=mc2L'équation (lire « E égale m c carré » ou « E égale m c deux ») est une formule d'équivalence entre la masse et l'énergie, rendue célèbre par Albert Einstein dans une publication en 1905 sur la relativité restreinte. Cette relation signifie qu'une particule de masse m isolée et au repos dans un référentiel possède, du fait de cette masse, une énergie E appelée énergie de masse, dont la valeur est donnée par le produit de m par le carré de la vitesse de la lumière dans le vide (c).
Isotopethumb|upright=1.2|Quelques isotopes de l'oxygène, de l'azote et du carbone. On appelle isotopes (d'un certain élément chimique) les nucléides partageant le même nombre de protons (caractéristique de cet élément), mais ayant un nombre de neutrons différent. Autrement dit, si l'on considère deux nucléides dont les nombres de protons sont Z et Z, et les nombres de neutrons N et N, ces nucléides sont dits isotopes si Z = Z et N ≠ N.
Liaison nucléaireLa liaison nucléaire est le phénomène qui assure la cohésion d'un noyau atomique. Le noyau atomique est composé de protons de charge électrique positive, et de neutrons de charge électrique nulle. La répulsion coulombienne tend à séparer les protons. C'est la force nucléaire qui permet d'assurer la stabilité du noyau. L'énergie de liaison E d'un noyau atomique est l'énergie qu'il faut fournir au noyau pour le dissocier en ses nucléons, qui s'attirent du fait de la force nucléaire, force qui correspond à l’interaction forte résiduelle.
Nombre de masse441px|droite Le nombre de masse (A) est le terme employé en chimie et en physique pour représenter le nombre de nucléons, c'est-à-dire la somme du nombre de protons (numéro atomique Z) et du nombre de neutrons (N) constituant le noyau d'un atome. Par exemple, le noyau du carbone 12 (12C) compte 6 protons et 6 neutrons, son nombre de masse est donc 12 (6 + 6). C'est ce nombre qui détermine la variété isotopique d'un élément chimique. On appelle isotopes des éléments chimiques ayant un même numéro atomique, mais un nombre de neutrons et donc un nombre de masse différents.
MatièreEn physique, la matière est ce qui compose tout corps (objet ayant une réalité spatiale et massique). C'est-à-dire plus simplement une substance matérielle et donc occupe de l'espace. Les quatre états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux et l'état plasma. Réciproquement, en physique, tout ce qui a une masse est de la matière. La matière ordinaire qui nous entoure est formée principalement de baryons et constitue la matière baryonique.
Unité de masse atomique unifiéeLunité de masse atomique unifiée, de symbole « u », est une unité de mesure standard, utilisée pour exprimer la masse des atomes et des molécules. Cette unité n'appartient pas au Système international (SI), mais son usage est accepté avec lui. Depuis le , sa valeur a été totalement définie du fait que la valeur du nombre d'Avogadro a été fixée à exactement . Avant la redéfinition de la mole en 2019, sa valeur était obtenue expérimentalement. Elle était alors définie comme 1/12 de la masse d'un atome du nucléide C (), non lié, au repos et dans son état fondamental.
Réaction nucléaireUne réaction nucléaire est le processus au cours duquel un ou plusieurs noyaux atomiques sont transformés pour donner des noyaux de masse et/ou de charge différentes. Elle se distingue d'une réaction chimique, qui ne concerne que les électrons ou les liaisons entre les atomes. La réaction chimique conserve les éléments chimiques, alors que la réaction nucléaire transforme un nucléide en un autre.
Hélium 4L’hélium 4, noté He, est l'isotope de l'hélium dont le nombre de masse est égal à 4 : son noyau atomique compte deux protons et deux neutrons pour une masse atomique de et un spin 0+. Il est caractérisé par un excès de masse de et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de . Son rayon de charge a pu être estimé expérimentalement à . En physique nucléaire, le noyau d' est souvent appelé particule α. Sur Terre, l'hélium 4 provient de la radioactivité α des éléments lourds présents dans la planète depuis sa formation.
Force nucléaireLa force nucléaire, qui s'exerce entre nucléons, est responsable de la liaison des protons et des neutrons dans les noyaux atomiques. Elle peut être interprétée en termes d'échanges de mésons légers, comme les pions. Même si son existence est démontrée depuis les années 1930, les scientifiques n'ont pas réussi à établir une loi permettant de calculer sa valeur à partir de paramètres connus, contrairement aux lois de Coulomb et de Newton.
Physique nucléairevignette|Diagramme N-Z qui représente les isotopes pour chaque atome en physique nucléaire. La physique nucléaire est la science qui a pour objet l'étude du noyau atomique et des interactions dont il est le siège, c'est-à-dire l'étude du noyau atomique en tant que tel (par l'élaboration d'un modèle théorique décrivant son état fondamental, ses différents modes d'excitation et de désexcitation), mais aussi de la façon dont il interagit avec des particules élémentaires comme le proton ou les électrons, ou avec d'autres noyaux.
Masse atomiqueLa masse atomique relative (ou poids atomique) est la masse d'un atome en particulier ou d'un élément chimique en général (auquel cas on envisage un mélange isotopique) exprimée en tant que multiple d'une masse élémentaire de référence qui se veut proche de celle d'un nucléon unique. En effet, la masse d'un atome est proportionnelle en première approximation au nombre de ses nucléons (protons et neutrons ensemble), dit nombre de masse.
Fusion nucléairevignette|Le Soleil est une étoile de la séquence principale, dont l'énergie provient de la fusion nucléaire de noyaux d'hydrogène en hélium. En son cœur, le Soleil fusionne de tonnes d'hydrogène chaque seconde. La fusion nucléaire (ou thermonucléaire) est une réaction nucléaire dans laquelle deux noyaux atomiques s’assemblent pour former un noyau plus lourd. Cette réaction est à l’œuvre de manière naturelle dans le Soleil et la plupart des étoiles de l'Univers, dans lesquelles sont créés tous les éléments chimiques autres que l'hydrogène et la majeure partie de l'hélium.
NeutronLe neutron est une particule subatomique de charge électrique nulle. Les neutrons sont présents dans le noyau des atomes, liés avec des protons par l'interaction forte. Alors que le nombre de protons d'un noyau détermine son élément chimique, le nombre de neutrons détermine son isotope. Les neutrons liés dans un noyau atomique sont en général stables mais les neutrons libres sont instables : ils se désintègrent en un peu moins de 15 minutes (880,3 secondes). Les neutrons libres sont produits dans les opérations de fission et de fusion nucléaires.
ÉlectronvoltEn physique et en chimie, l'électronvolt ou électron-volt (au pluriel électronvolts ou électrons-volts), de symbole , est une unité de mesure d'énergie et par ellipse, dans certaines branches de la physique, d'autres grandeurs physiques comme la masse et la température. La valeur de l’électronvolt est définie comme étant l'énergie cinétique acquise par un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel d'un volt : = () × (), où e désigne la valeur absolue de la charge électrique de l'électron (ou charge élémentaire).
Formule de WeizsäckerLa formule de Weizsäcker, appelée aussi formule de Bethe-Weizsäcker, est une formule semi-empirique donnant une valeur approximative de l'énergie de liaison nucléaire B caractérisant la liaison entre les nucléons qui constituent le noyau des atomes (voir un résumé dans Modèle de la goutte liquide). L'éponyme de formule de Weizsäcker est le physicien allemand Carl Friedrich von Weizsäcker (-) qui l'a proposée en dans un article publié dans le de. Les physiciens Hans Bethe (-) et Robert Bacher (-) en ont simplifié l'expression en .
Interaction fortethumb|250px|alt=Représentation des quarks dans un proton : deux quarks Up et un quark Down, chacun d'un couleur différente, liés par l'interaction forte.|L'interaction forte lie les quarks dans les nucléons, ici dans un proton. L'interaction forte, ou force forte, appelée parfois force de couleur, ou interaction nucléaire forte, est l'une des trois interactions entre particules élémentaires de la matière dans le modèle standard aux côtés de l'interaction électromagnétique et de l'interaction faible.
Numéro atomique400px|droite Le numéro atomique (Z) représente, en chimie et en physique, le nombre de protons d'un atome. Ce dernier peut être schématisé, en première approche, par une agglomération compacte (noyau atomique) de protons (p+) et de neutrons (n), autour de laquelle circulent des électrons (e−). Dans un atome de charge électrique neutre, le nombre d'électrons est égal au numéro atomique. Comme les protons sont les seuls éléments du noyau avec une charge, le nombre de protons est égal au nombre d'électrons.
