Složení a struktura atomového jádra (stručně)
Dlouho před vznikem spolehlivých údajů o vnitřní struktuře všeho, co existuje, řecké myslitelé představovali hmotu ve formě nejmenších ohnivých částic, které byly v neustálém pohybu. Pravděpodobně byla tato vize světového řádu věcí odvozena z čistě logických závěrů. Navzdory jisté naivitě a naprosté nepodložnosti tohoto tvrzení se ukázalo, že je to pravda. Ačkoli vědci dokázali potvrdit odvážný odhad, až o dvacet tři století později.
Atomová struktura
Na konci 19. století byly zkoumány vlastnosti výbojky, přes kterou procházel proud. Pozorování ukázaly, že v tomto případě jsou vypuštěny dva proudy částic:
- Katodové paprsky, které se tvoří v blízkosti elektrod připojených k zápornému konci baterie. Katodové paprsky prošly trubicí a byly schopny proklouznout otvorem v kladné elektrodě, jako proud nabitých částic. Pozorování ukázaly, že vztah náboje takové částice k její hmotnosti je vždy stejný a nezávisí na druhu plynu.
- Pozitivní paprsky. Druhý proud částic jde v opačném směru a může projít do otvoru v záporné elektrodě. Odchylky v polích dokazují, že mají vysoké rychlosti a různé hodnoty poměru náboje k hmotnosti.
Negativní částice katodových paprsků byly nazývány elektrony. Následně byly v mnoha procesech nalezeny částice se stejným poměrem náboje k hmotnosti. Elektrony vypadaly jako univerzální složky různých atomů, spíše se snadno oddělují, když bombardují ionty a atomy.
Částice nesoucí pozitivní náboj se zdají být fragmenty atomů po ztrátě jednoho nebo více elektronů. Ve skutečnosti byly pozitivními paprsky skupiny atomů zbavených negativních částic, a jako výsledek, pozitivní náboj.
Thompsonův model
Na základě experimentů bylo zjištěno, že kladné a záporné částice představovaly podstatu atomu, byly jeho složky. Anglický vědec J. Thomson navrhl svou teorii. Podle jeho názoru byla struktura atomu a atomového jádra určitým druhem hmoty, v níž byly negativní náboje přitlačeny do pozitivně nabité koule, jako jsou rozinky v dortu. Kompenzace poplatku způsobila, že "košíček" je elektricky neutrální. 
Rutherfordův model
Mladý americký vědec Rutherford, který analyzoval stopy po alfa částicích, dospěl k závěru, že model Thompson je nedokonalý. Některé částice alfa byly odkloněny v malých úhlech - 5-10 o . Ve vzácných případech se částice alfa odchylovaly ve velkých úhlech 60-80 ° a ve výjimečných případech byly úhly velmi velké - 120-150 ° . Thompsonův model atomu nemohl vysvětlit takový rozdíl.
Rutherford navrhuje nový model vysvětlující strukturu atomu a atomového jádra. Fyzika procesů prohlašuje, že atom musí být 99% prázdný, s malým jádrem a kolem něj rotujícími elektrony, které se pohybují v oběžné dráze. 
Odchylky v úderech, vysvětluje tím, že částice atomu mají své vlastní elektrické náboje. Pod vlivem bombardovacích nabitých částic se atomové elementy chovají jako obyčejné nabité těla v makrokosmu: částice s identickými náboji se vzájemně odpuzují a navzájem se vzájemně přitahují.
Stav atomů
Na začátku minulého století, kdy byly spuštěny první urychlovače elementárních částic, všechny teorie, které vysvětlovaly strukturu atomového jádra a atom, čekaly na experimentální ověření. Do té doby byly interakce alfa a beta paprsků s atomy již důkladně studovány. Až do roku 1917 se předpokládalo, že atomy jsou buď stabilní nebo radioaktivní. Stabilní atomy nelze rozdělit, rozpad radioaktivních jader nemůže být kontrolován. Ale Rutherfordovi se to podařilo vyvrátit.
První proton
V roce 1911 E. Rutherford předložil myšlenku, že všechna jádra jsou složena z identických prvků, jejichž základem je atom vodíku. Na této myšlence vědec vynucoval důležitý závěr předchozích studií o struktuře hmoty: množství všech chemických prvků je rozděleno bez zbytku hmotností vodíku. Nový předpoklad otevřel nebývalé příležitosti a umožnil nový pohled na strukturu atomového jádra. Jaderné reakce by měly potvrdit nebo vyvrátit novou hypotézu.
Pokusy byly prováděny v roce 1919 pomocí atomů dusíku. Bombardováním je s alfa částic, Rutherford dosáhl překvapivý výsledek.
Atom N absorboval alfa částic, pak se změnil na atom kyslíku O 17 a vypustil jádro vodíku. Toto byla první umělá přeměna atomu jednoho prvku do druhého. Takový zážitek vyvolal naději, že struktura atomového jádra, fyzika stávajících procesů umožňuje další jaderné transformace.
Vědec použil ve svých experimentech metodu scintilace - blesk. Z četnosti vzplanutí vyvodil závěry o složení a struktuře atomového jádra, o vlastnostech vyrobených částic, o jejich atomové hmotnosti a pořadovém čísle. Neznáma částice byla nazývána protonem Rutherford. Měla všechny vlastnosti atomu vodíku bez jediného elektronu - jediný kladný náboj a odpovídající hmotnost. Proto bylo prokázáno, že proton a jádro vodíku jsou stejné částice.
V roce 1930, kdy byly postaveny a spuštěny první velké urychlovače, byl testován a prokázán atomový model Rutherfordova atomu: každý atom vodíku se skládá z jediného elektronu, jehož pozice nelze určit, a volného atomu s jedním pozitivním protonem uvnitř. Protože protony, elektrony a částice alfa mohou létat z atomu, když jsou bombardovány, vědci si mysleli, že jsou součástí jakéhokoli atomového jádra. Ale takový model atomového jádra vypadal jako nestabilní - elektrony byly příliš velké, aby se do jádra vešly, kromě toho existovaly vážné potíže spojené s porušením zákona o hybnosti a zachování energie. Tyto dva zákony, jako přísné účetní, říkali, že množství pohybu a hmoty během bombardování zmizí neznámým směrem. Vzhledem k tomu, že tyto zákony byly obecně akceptovány, bylo nutné najít takové vysvětlení.
Neutrony
Vědci po celém světě vytvořili experimenty zaměřené na objevení nových složek atomových jader. Ve třicátých letech bombardovali němečtí fyzici Becker a Bothe atomy berylia s alfa částicemi. V tomto případě bylo zaznamenáno neznámé záření, které bylo rozhodnuto být nazýváno G-paprsky. Podrobné studie popisují některé vlastnosti nových paprsků: mohly se šířit přísně v přímce, nereagovaly na elektrické a magnetické pole a měly vysokou penetrační sílu. Později byly částice tvořící tento typ záření nalezeny ve vzájemném působení alfa částic s jinými prvky - borem, chromem a jinými.
Chadwickova hypotéza
Pak James Chadwick, kolega a student Rutherforda, v časopise Nature přišel krátkou zprávu, která se později stala známou. Chadwick upozornil na skutečnost, že rozpory v ochraně zákonů jsou snadno vyřešeny, za předpokladu, že nové záření je proud neutrálních částic, z nichž každá má hmotnost zhruba rovnou hmotnosti protonu. Vzhledem k tomuto předpokladu fyzici doplnili hypotézu o struktuře atomového jádra. Stručně, podstata dodatků byla redukována na novou částici a její roli ve struktuře atomu. 
Vlastnosti neutronů
Zjištěné částice dostaly název "neutron". Nově objevené částice se kolem nich netvoří elektromagnetické pole, snadno procházejí látkou bez ztráty energie. Při vzácných srážkách se světlými jádry atomů je neutron schopen vyvrátit jádro z atomu a ztrácí významnou část své energie. Struktura atomového jádra předpokládala přítomnost odlišného počtu neutronů v každé látce. Atomy se stejným jaderným nábojem, ale s jiným počtem neutronů se nazývají izotopy.
Neutrony sloužily jako vynikající náhrada za částice alfa. V současné době se používají ke studiu struktury atomového jádra. Stručně, jejich význam pro vědu nelze popsat, ale právě díky neutronovému bombardování jaderných jader dokázali fyzici získat izotopy téměř všech známých prvků.
Složení jádra atomu
V současné době je struktura atomového jádra kombinací protonů a neutronů, které drží jaderné síly. Například jádro helia je svazek dvou neutronů a dva protony. Světelné elementy mají téměř stejný počet protonů a neutronů, zatímco těžké elementy mají mnohem větší počet neutronů. 
Tento obraz struktury jádra je potvrzen experimenty na moderních velkých urychlovačích s rychlými protony. Protonové odpuzující elektrické síly jsou vyrovnány jádrovými silami, které působí pouze v samotném jádru. Ačkoli příroda jaderné síly dosud zcela nepochopení, je jejich existence téměř dokázána a plně vysvětluje strukturu atomového jádra.
Vztah hmoty a energie
V roce 1932 zachytila Wilsonova kamera úžasnou fotografii dokazující existenci pozitivních nabitých částic elektronová hmota.
Před tím pozitivní elektrony teoreticky předpovídal P. Dirac. V kosmickém záření byl také zjištěn skutečný pozitivní elektron. Nový kus byl nazván pozitronem. Když dojde ke srážce se svými dvojčaty - elektronem, dochází ke zničení - vzájemné destrukci dvou částic. Tím se uvolní určité množství energie.
Teorie vyvinutá pro makro-svět tak byla plně vhodná pro popis chování nejmenších prvků hmoty.