核物理

这一物理学分支研究原子核的结构和不稳定原子核的辐射。大约比这个小10000倍原子,组成原子核的粒子，质子和中子，在核力的作用下相互吸引，以至于核能大约是一般原子能的一百万倍。量子理解核结构需要理论。

像激发态原子一样，不稳定的放射性原子核(无论是自然产生的还是人工制造的)也能发射电磁辐射．高能核光子被称为伽马射线。放射性原子核也发射其他物质粒子:负电子和正电子(β射线)，伴随着中微子,氦原子核(α射线)。

核物理学的一个主要研究工具是使用粒子束(如质子或电子)作为弹丸定向打击核目标。反冲粒子和任何由此产生的核碎片被检测，它们的方向和能量被分析，以揭示核结构的细节，并了解更多关于强大的力量．一个更弱的核力，即所谓的弱相互作用，是负责发射的β射线。核碰撞实验使用高能粒子束，包括不稳定粒子束介子由被称为介子工厂的加速器中的初级核碰撞产生。质子和中子之间介子的交换直接导致了这种强作用力。(对于介子的机制，见下文基本力和场．)

在放射性和导致核破裂的碰撞中，只要核发生变化，核目标的化学特性就会改变负责．在裂变而且融合不稳定的原子核分别分裂成较小的原子核或合并成较大的原子核的核反应能源释放远远超过任何一种化学反应．

粒子物理

当代物理学最重要的分支之一是对基本亚原子的研究成分物质的基本粒子。这个领域，也被称为高能物理，出现于20世纪30年代，从核和宇宙射线物理的发展实验领域。最初研究人员研究宇宙射线也就是落在其上的高能外星辐射地球并在大气中相互作用(见下文物理学的方法论)．然而,在二战期间，科学家们逐渐开始使用高能粒子加速器为研究提供亚原子粒子。量子场论的概化QED对其他类型的力场，是分析高能物理所必不可少的。亚原子粒子不能被想象为微小类似物一般的物质物体，如台球，因为它们的性质从经典的观点看来是矛盾的。也就是说，当它们拥有电荷，旋转，质量，磁性和其他复杂的特征，它们仍然被认为是尖状的。

在20世纪下半叶，a连贯的包含两种亚原子粒子的底层物质层的演化图:费米子（重子而且轻子)，它们具有奇数半积分角动量（自旋¹/₂，^3./₂)和编造普通的事情;而且玻色子（胶子，介子,光子)，它们的积分自旋和调节物理学的基本力。轻子(例如,电子，μ介子，τ子)、胶子和光子被认为是真正的基本粒子。重子(例如,中子，质子)和介子(如介子、介子)，统称为强子，被认为是由不可分割的元素，称为夸克它们从未被孤立过。

夸克有六种类型，或“味道”，并有匹配反粒子，被称为反夸克。夸克的电荷要么是正电荷的三分之二，要么是负电荷的三分之一电子的电荷，而反夸克具有相反的电荷。就像夸克一样轻子有一个反粒子这些属性镜子它的同伴(带负电荷的反粒子)电子是正电子，还是正电子；那就是中微子是反中微子)。除了他们的电和磁性质，夸克参与这两个强大的力量(将它们结合在一起)和弱力(这是某些形式的放射性)，而轻子只参与弱力。

重子例如中子和质子，是由三个夸克结合而成的，因此重子的电荷为- 1,0或1。介子，是在原子核内调节强作用力的粒子，由一组成夸克一个反夸克;所有已知的介子都有−2、−1、0、1或2的电荷。大多数可能的夸克组合或强子的寿命都很短，其中许多从未被发现过，尽管每一代更强大的粒子加速器都能观测到更多的夸克组合。

的量子领域通过它，夸克和轻子相互作用，并与它们自己组成类似粒子的物体，称为广达电脑(从这量子力学得到它的名字)。最早为人所知的量子是电磁场；它们也被称为光子，因为光由它们组成。一种关于弱相互作用和电磁相互作用的现代统一理论电弱理论他提出，弱作用力涉及到质量约为质子100倍的粒子的交换。这些巨大的量子已经被观测到，即两个带电粒子W⁺和W⁻，和中性的W⁰．

理论中的强作用力被称为量子色动力学(QCD)，八个量子，称为胶子它结合夸克形成重子，也结合夸克和反夸克形成介子，这种力本身被称为“颜色力”。(这种不寻常的用法颜色有点勉强模拟普通调色。)夸克据说有三种颜色——红色，蓝色的,绿色．(这些假想颜色的反义词，-红，-蓝，和-绿，被认为是反夸克。)只有某些特定的颜色组合，即中性色或“白色”(即上述颜色的相等混合彼此抵消，导致没有净颜色)，才被推测以可观察的形式存在于自然界中。胶子和夸克本身被着色后，就被永久地限制在它们所在的粒子内，而中性的合成物，如质子，则可以直接观察到。一个结果色限是指可观察到的粒子要么是电中性的，要么电荷是电子电荷的整数倍。QCD的一些具体预测已经被实验验证并被发现是正确的。