子核（atomiucleus），簡稱“核”，於子的核心部分，由質子和中子兩種微粒構成。而質子又是由兩個上誇克和一個下誇克組成，中子又是由兩個下誇克和一個上誇克組成。
子核極小，它的徑在10-15m~10-14m之間，體積占子體積的幾千億分之一，在這極小的子核裏卻集中了99.96%以上子的質量。子核的密度極大，核密度約為1017kg/m3，1m3的體積如裝滿子核，其質量將達到1014t，1萬億噸。子核的能量極大，構成子核的質子和中子之間存在著巨大的吸引力，能克服質子之間所帶電荷的斥力而結合成子核，使子在化學應中子核不發生分裂。當一些子核發生裂變（子核分裂為兩個多的核）聚變（輕子核相遇時結合成為核）時，會釋出巨大的子核能，子能（如核能發電）。子核與圍繞子核的電子同組成子，因為子核所帶電荷與電子所帶負電荷數量相同，故個子不顯電性，呈電中性。
中文
子核
外文
atomiucleus
出
盧瑟福
出時間
1912年
適用領域
航航天、子能、顯微鏡等
快
導航
本質相互作用電荷理論進自由度形態探索曆史未來發
簡介
子核（atomiucleus）於子的核心部分，占了99.96%以上子的質量，與周圍圍繞的電子組成子。子核由質子和中子構成。而質子又是由兩個上誇克和一個下誇克組成，中子是則由兩個下誇克和一個上誇克組成。子核極小，它的徑在10-15m至10-14m之間，體積占子體積的幾千億分之一。如將子比作地球，那子核相當於棒球場大小，而核內的誇克電子相當於棒球大小。子核的密度極大，約為1017kg/m3。子核內部結構可由核殼層模型部分描述，當質子核子分從自低殼層上填充時，若好填滿某一個殼層，則稱為質子中子幻數，時的核稱為幻核。[1]
構成子核的質子和中子之間存在介子，以傳遞子核內巨大的吸引力-力，力比電磁力137倍，故能克服質子之間所帶電荷的電磁斥力而結合成子核。子核的能量極大，當子核發生裂變（子核分裂為兩個多的核）聚變（輕子核相遇時結合成為核）時，會釋出巨大的子核能，子能（如核能發電）。質子和中子介子由價誇克（組分誇克）誇克（誇克）組成，誇克亦有層層（殼）結構，外層為橫連的價誇克，內層為縱疊加的誨誇克，而外層為3個橫連的束縛態價誇克。價誇克按比（2個上型誇克帶+2/3電荷，1個下型誇克帶-1/3電荷）分掉質子（3誇克超子）內的數電荷，故誇克帶分數電荷。縱疊加的誇克負電荷相抵=零，子內帶電荷的質子與帶負電荷的電子數量相同，故個子呈電中性。[1]
本質
1912年英國學家盧瑟福α粒子轟擊金箔的實驗中，絕大多數α粒子仍沿方前進，少數α粒子由於撞擊到了電子發生較大偏轉，個α粒子偏轉超過了90°，有的α粒子由於撞上子核所以偏轉方甚至近180°。該試驗事實認了：子內含有一個體積小而質量大的帶電的中心，這就是子核模型的來曆。
相互作用
核子之間的核力，是一種比電磁作用大得多的相互作用。子半徑小，質子間庫侖斥力大，子核卻穩定。所以子核裏質子間的除了庫侖斥力外還有核力。有在2.0×10-15m的短距離內能起到作用。
質子和質子之間、質子和中子之間、中子和中子之間都存在。
電荷
盧瑟福實驗
盧瑟福用一束α射線轟擊金屬薄膜，發現有少部分α粒子大角度變運動方，在礎上出了行星子結構模型：子中存在一個帶電的核心，子核。
盧瑟福從1909年起了著的α粒子散射實驗，實驗的目的是實湯姆孫子模型的性，實驗結卻成了否定湯姆遜子模型的有力。在礎上，盧瑟福出了子核結構模型。
為了要考察子內部的結構，必須尋找一種能射到子內部的試探粒子，這種粒子就是從天然射性物質中射出的α粒子。盧瑟福和他的助手用α粒子轟擊金箔來進行實驗，如圖《α粒子散射實驗》所示是這個實驗裝置的示圖。
α粒子散射實驗
在一個鉛盒裏有少量的射性素釙（Po），它發出的α射線從鉛盒的小孔射出，形成一束細的射線射到金箔上。當α粒子穿過金箔後，射到熒屏上產生一個個的閃點，這些閃點可用顯微鏡來觀察。為了避免α粒子和氣中的子碰撞而影響實驗結，個裝置在一個抽成的容內，帶有熒屏的顯微鏡能夠圍繞金箔在一個圓周上移動。
實驗結論
子是電中性的，核帶有的電荷等於核外電子的總負電荷。對子序數為Z的子，核帶電+Ze。核的電荷數是一個嚴格的數，它等於核內的質子數。質子帶電+e，與電子的電量相等。
理論進
研究曆
核物理研究一開始，就麵臨著一個要的問，這就是核子間相互作用的性質。人們注到，大多數子核是穩定的，而過對不穩定子核的γ衰變、β衰變和α衰變的研究發現，子核的核子之間必然存在著比電磁作用得多的短、且有飽和性的吸引力。外，大量實驗還，質子-質子、質子-中子、中子-中子之間的相互作用，除了電磁力不同外，其他全相同，這就是核力的電荷無關性。1935年，湯川秀樹（YukawaHideki1907～1981）出，核子間相互作用是過換一種沒有質量的介子實現的。1947年，π介子發現，其性質恰好符合湯川的理論預言。
介子換理論認為，單個π介子換產生核子間的長吸引作用（≥3×10-13cm），雙π介子換產生飽和中吸引作用[(1～3)×10-13cm]，而ρ、ω分子換產生短排斥作用（<1×10-13cm），π介子的自旋為零，稱為標量介子，ρ、ω介子的自旋為1，稱為矢量介子，它們的靜止質量不為零，這了核力的短性，而矢量介子的非標量性又了核力的自旋相關性。核力性質核組成成分的研究，為進一步揭示子核的結構創了條。
在早的子核模型中，較有影響的有玻爾的液滴模型、費密氣體模型、巴勒和埃爾薩斯的獨立粒子模型以邁耶和詹森的獨立粒子核殼層模型。其中成功的是獨立粒子核殼層模型。
在1948～1949年間，邁耶（Mayer，MariaGoeppert1906～1972）過分析種實驗數，定了一組幻數，2、8、20、28、50和82。定這些幻數的是：
子核是這些幻數的化學素相對豐度較大；
幻核的快中子和熱中子的截麵小；
幻核的電四極矩小；
裂變產物主要是幻核附近的子核；
子的結合能在幻核附近發生突變；
幻核相對α衰變穩定；
β衰變所釋的能量在幻核附近發生突變。
在費密的啟發下，邁耶在平均場中引入的自旋-軌耦合力，用該力引起的能級分裂成功地釋了全部幻數的存在。著，詹森（JohannesHansDanielJensen，1907～1973）也獨立地得到了相同的結。在邁耶與詹森合著的《子核殼層本理》一書中，他們用核殼層模型成功地釋了子核的幻數、自旋、宇稱、磁矩、β衰變和同質異能素島等實驗事實。由於子核殼層結構模型所獲得的成功，其在核物理研究中的要作用，邁耶和詹森同獲得1963年諾貝爾物理學獎。
核殼層模型是在大量的關於核性質、核譜以核應實驗數綜合分析的礎上出的，它對子核內部核子的運動給出了較晰的物理圖。這一模型的核心是平均場。它認為，就像電子在子中的平均場中運動一樣，在子核內，個核子也近似地在其它核子的平均場中獨立的運動，因子核也應有殼層結構，把這一模型稱為獨立粒子核殼層模型。
平均場的使核殼層模型得了多方麵的成功，是它也有不可避免的局限性，因為核子之間的相互作用不可能全由平均場作用替。除了平均場以外，核子之間還有剩餘相互作用。隨著核物理研究的發，在50年以後，陸續發現一些的實驗事實，如大的電四極矩、磁矩、電磁躍遷幾率、核激發能譜的振動譜、轉動譜以偶偶核能譜中的能隙等，它們都不能用獨立粒子的核殼層模型釋。
1953年，丹麥物理學家、著物理學家N.玻爾之子阿·玻爾（AageNielsBohr，1922～）與他的助手莫森（BenRoyMottelson，1926～）雷恩沃（LeoJamesRainwater，1917～）同出了關於子核的集體模型。這一模型認為，除平均場外，核子間還有剩餘的相互作用，剩餘作用引起核子之間關聯，這種關聯是對獨立粒子運動的一種補充，其中短關聯引起核子配對。描述這種關聯的核子對模型已經得到大量的實驗支持。核子間的長關聯將使核變形，產生集體運動，子核轉動和振動能譜就是這種集體運動的結，而核的裂變以離子的熔合應又是子核大變形引起的集體運動的結。子核的集體模型認為，個核子在核內除了相對其它核子運動外，子核的體還發生振動與轉動，處於不同運動狀態的核，不僅有自己定的形狀，還有不同的能量和角動量，這些能量與角動量都是分立的，因而形成能級。因如，與適用於球形核的獨立粒子殼層模型相比，子核的集體模型有了大的發。用它可以計算核液滴的種形狀對應的能量和角動量。外，當核由高能級低能級躍遷時，能量還能以γ射線的形釋出來，這一征與大量處於穩定線附近的核行為相符。外，這一模型，當核形狀固定時，轉動慣量不變，隨著角動量加大，核形狀變化，轉動慣量相應變，導致轉動能級變化，因，這一模型對變形核轉動能級的躍遷規律的研究，已成為研究奇異核的礎。子核集體模型決了獨立粒子核殼層模型的困難，成功地決了球形核的振動、變形核的轉動和大四極矩等實驗事實，為子核理論的發作出要的貢獻，為，阿·玻爾、莫森與雷恩沃同獲得了1975年諾貝爾物理學獎。
IBM理論
發核模型的目的，在於準地描述子核的種運動形態，以立一個為的核結構理論。由於人們對於核子間的相互作用性質、規律機製不全楚，不可能像經典物理那樣，過核子間的相互作用立一個核結構與核動力學理論，能依靠所立的模型，對有實驗數的核素能區進行理論計算，與實驗的結相比較，比較結，調模型，過模型理論，估算沒有實驗數的缺能區，發實驗技術，補充缺數，與理論估算相比較，如循環往複，推動核結構理論的進，這是一個艱苦而又漫長的探索過。截止到70年初，核結構理論的進大多在傳統的範圍內發著。
傳統核結構理論的點是：
①沒有考慮核子的自身結構；
②處理核力多為二體作用，把核內核子間的作用，等同於自由核子間的相互作用；
③認為核物質是無限的；
④應用的是非相對論的量子力學；
⑤研究對是條（態低激發態、低溫、低壓、密度等）下的自然核素。
從70年中到90年，核物理的研究跳出了傳統範圍，有了巨大的進。首是實驗手段的發，種中、高能加、離子加相繼投入運行；與相應，探測技術的發不僅擴大了可觀測核現的範圍，也高了觀測的精度與分析能力；核數處理技術由手工計算機化的轉變，加了核理論研究的進。到粒子物理學和天體物理學發的影響，核物理理論也開始從傳統的非相對論量子核動力學（QND）著相對論量子子動力學（QHD）和量子色動力學（QCD）轉變。一個以相對論量子場論、弱電統一理論與量子色動力學為礎的現核結構理論在興起。雖然由於粒子物理已成為一門獨立學，核物理已不是研究物質結構的前沿，是核物理的研究卻進入了一個縱深發的嶄階段。
子核的集體模型除了平均場外，還計入了剩餘相互作用，因而加大了它的預言能力。然而，核多體問在數學處理上的難度大，這給實際研究成大的困難。近十幾年來，有人出了種為簡化的核結構模型，其中主要的有液點模型，它的點是映了子核的體行為和集體運動，能較好地說子核的體性，如結合能、裂變、集體振動和轉動等。除了液點模型外，還有互作用的玻色子模型（IBM），這一模型也是企圖用簡化方法研究核結構。由於人們除了對核子間的核力作用認識不以外，又由於子核是由多個核子統成的多體統，考慮到個核子的3維坐標自由度、自旋與同族自由度，運動方已無法，加上多體間相互作用就難上加難。過去的獨立核殼層模型調了獨立粒子的運動性，而子核集體模型又調了核的體運動，這兩方麵的理論沒能到好的結合。盡核子的多體行為複雜，無法從理論計算入手，實驗觀察卻發現，子核這樣一個複雜的多費密子統，卻表現出晰的規律性與簡單性。這一點啟發人們，能否“凍結”一些自由度，研究核的運動與動力學規律，從簡單性入手研究核，這就是互作用玻色子模型的出發點。
1968年，費巴赫（Feshbach）與他的學生拉羅（F.lachllo）在研究雙滿殼輕核時，把粒子-穴成為一個玻色子，出了相互作用玻色子概念。1974年，拉羅把這一概念用於研究中、偶偶核，他與阿裏默（A.Arima）合作，出了互作用玻色子模型。這一模型認為，偶偶核包括雙滿殼的核實部分與雙滿殼外的偶數個價核子部分。若把核實的自由度“凍結”，把價核子配成角動量為02的核子對，可把費密子對處理為玻色子，用玻色子間的相互作用描述偶偶核，可以使問大大簡化。他們的這一模型在釋中、子核的低能激發態上得了大的成功。互作用玻色子模型為成功之處是，它預言了子核在超間中的對稱性。它出核轉動、核振動等集體運動行為是核動力學對稱性的映。由於對核動力學對稱性的揭示，這一模型雖然比較抽，卻為深刻也為本質。在過去，到對稱性，往往認為是粒子物理學的研究課。其實，核物理也是對稱性極為豐富的研究領域。早注到核對稱性的是匈牙裔國物理學家、狄喇克的妻兄維格納（EugenePaulWigner，1902～）。維格納畢業於柏林大學化學，1925年獲得博士學，1930年與諾伊曼（JohnvonNeumann，1903～1957）一起邀請到國，擔普林斯頓大學數學物理授。1936年，兩人同創立中子吸理論，為核能事業出大貢獻。1937年，維格納於核的自旋、同旋，引入超多結構，立了宇稱守恒定律。由於對子核本粒子理論的貢獻，是對對稱性本理的貢獻，維格納獲得了1963年諾貝爾物理學獎。繼維格納，對子核動力學對稱性進行深入研究的是埃裏奧。1958年，埃裏奧研究了諧振子場的對稱性，立了玻色子相互作用的SU（3）動力學對稱性理論，這一理論與質量數A在16～24的核理論有好的符合，對於A較大的核，由於自旋-軌耦合，使這種對稱性遭到破壞，而偏離大。在1974年拉羅和阿裏默出的互作用玻色子模型中，將角動量為0的玻色子稱為s玻色子，角動量為2的玻色子稱為d玻色子，s、d玻色子開一個6維超間，統狀態的何一種變化，都可以過6維間的變換實現，這種變換構成U（6）群。子核的角動量守恒與間轉動不變性相聯，s、d統有U（6）的對稱性。他們還發現，s、d玻色子統存在三個群鏈，
①U（6）U（5）SO（5）SU（3），簡稱U（5）極限。
②U（6）SU（3）SO（3），簡稱SU（3）極限。
③U（6）SO（6）SO（5）SO（3），簡稱SO（6）極限。
在三個群鏈況下，與s、d玻色子相互作用相關的哈密頓量均有析，子核有相應群的對稱性。在三種極限況，能量本征值對角動量都有定的依賴關，動力學對稱性也依能級序的表現而不相同。總之，這一研究成揭示了子核結構與動力學的對稱性，與實驗結得了大度上的一致，IBM理論得了大的成功。
自由度
π介子自由度
在立互作用玻色子模型的同時，核結構理論又從核內非核子自由度的研究中得到了的進。以核集體模型為表的廣義核殼層模型盡得了一定的成功，畢竟還有一定的局限性。首，這些模型都是從部分實驗事實觀測現出發，從某個側麵用比方法映核子統的機製。外，在核應理論中，所引入的可調參數又太多。可調參數越多，說這個理論離成熟性與性越遠。加上現有的種核模型間缺乏統一的內在聯，它們不是一個包容另一個，而是彼獨立，相互間關聯甚少。追究起來，存在這些問的因是對核多體統的認識有關。按傳統認識，核內的核子是一個無結構的點，核僅由這些當作為點的核子組成，子核存在有核子自由度，核子之間的作用單純為兩點間的作用。事實上，早在30年，有人就預言了核內存在有非核子的自由度。