Element, aynı cins atomlardan oluşan ve kimyasal yollarla kendinden daha basit ve farklı maddelere ayrılamayan saf maddelere verilen isimdir.
Radyoaktivite, radyoaktiflik, ışınetkinlik veya nükleer bozunma; atom çekirdeğinin, daha küçük çekirdekler veya elektromanyetik ışımalar yayarak kendiliğinden parçalanmasıdır. Çekirdek tepkimesi sırasında veya çekirdeğin bozunması ile ortaya çıkar. En yaygın ışımalar alfa(α), beta(β) ve gamma(γ) ışımalarıdır. Bir maddenin radyoaktivitesi bekerel veya curie ile ölçülür.
Atom veya ögecik, bilinen evrendeki tüm maddenin kimyasal ve fiziksel niteliklerini taşıyan en küçük yapı taşıdır. Atom Yunancada "bölünemez" anlamına gelen "atomos"tan türemiştir. Atomus sözcüğünü ortaya atan ilk kişi MÖ 440'lı yıllarda yaşamış Demokritos'tur. Gözle görülmesi imkânsız, çok küçük bir parçacıktır ve sadece taramalı tünelleme mikroskobu vb. ile incelenebilir. Bir atomda, çekirdeği saran negatif yüklü bir elektron bulutu vardır. Çekirdek ise pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronlardan oluşur. Atomdaki proton sayısı elektron sayısına eşit olduğunda atom elektriksel olarak yüksüzdür. Elektron ve proton sayıları eşit değilse bu parçacık iyon olarak adlandırılır. İyonlar oldukça kararsız yapılardır ve yüksek enerjilerinden kurtulmak için ortamdaki başka iyon ve atomlarla etkileşime girerler.
Fermiyon, parçacık fiziğinde, Fermi-Dirac istatistiğine uyan parçacıktır. Başka bir deyişle, Enrico Fermi ve Paul Dirac'ın gösterdiği üzere, Bose-Einstein istatistiğine sahip bozonların aksine fermiyonlar, belirtilen zamanda sadece bir kuantum durumuna karşılık gelebilen parçacıklardır. Eğer iki ayrı fermiyon uzayda aynı yerde tanımlanmışsa her bir fermiyonun özelliği birbirinden farklı olmak zorundadır. Örnek olarak, iki elektron bir çekirdeğin etrafında aynı orbitalde bulunacaklarsa, bu kez aynı spin durumunda olamazlar ve her orbitalde elektronun biri yukarı diğeri aşağı spin durumundadır.
İzotoplar, periyodik tabloda aynı atom numarasına ve konuma sahip olan ve farklı nötron sayıları nedeniyle nükleon sayıları bakımından farklılık gösteren iki veya daha fazla atom türüdür. Belirli bir elementin tüm izotopları neredeyse aynı kimyasal özelliklere sahipken, farklı atomik kütlelere ve fiziksel özelliklere sahiptirler. İzotop terimi, "aynı yer" anlamına gelen Yunan kökenli isos ve topos 'den oluşur; isimin anlamı ise, tek bir elementin farklı izotoplarının periyodik tabloda aynı pozisyonda yer alması anlamına gelir. Margaret Todd tarafından 1913 yılında Frederick Soddy'ye öneri olarak sunulmuştur.
Bir fizik terimi olarak maddenin hâli, maddenin aldığı farklı fazlardır. Günlük hayatta maddenin dört farklı hâl aldığı görülür. Bunlar; katı, sıvı, gaz ve plazmadır. Maddenin başka hâlleri de bilinir. Örneğin; Bose-Einstein yoğunlaşması ve nötron-dejeneje maddesi. Fakat bu hâller olağanüstü durumlarda gerçekleşir, çok soğuk ya da çok yoğun maddelerde. Maddenin diğer hâllerininde, örneğin quark-gluon plazmalar, mümkün olduğuna inanılır fakat şu an sadece teorik olarak bilinir. Tarihsel olarak, maddenin özelliklerindeki niteleyici farklılıklara dayanarak ayrım yapılır. Katı hâldeki madde bileşen parçaları ile bir arada tutulur ve böylece sabit hacim ve şeklini korur. Sıvı hâldeki madde hacmini korur fakat bulunduğu kabın şeklini alır. Bu parçalar bir arada tutulur ama hareketleri serbesttir. Gaz hâlindeki madde ise hem hacim olarak hem de şekil olarak bulunduğu kaba ayak uydurur.Bu parçalar ne beraber ne de sabit bir yerde tutulur. Maddenin plazma hâli ise, nötr atomlarda dahil, hacim ve şekil olarak tutarsızdır. Serbestçe ilerleyen önemli sayıda iyon ve elektron içerirler. Plazma, evrende maddenin en yaygın şekilde görülen hâlidir.
Nötron, sembolü n veya n⁰ olan, bir atomaltı ve nötr bir parçacıktır. Proton ile birlikte, atomun çekirdeğini meydana getirir. Bir yukarı ve iki aşağı kuark ve bunların arasındaki güçlü etkileşim sayesinde oluşur. Proton ve nötron yaklaşık olarak aynı kütleye sahiptir fakat nötron daha fazla kütleye sahiptir. Nötron ve protonun her ikisi nükleon olarak isimlendirilir. Nükleonların etkileşimleri ve özellikleri nükleer fizik tarafından açıklanır. Nötr hidrojen atomu dışında bütün atomların çekirdeklerinde nötron bulunur. Her atom farklı sayıda nötron bulundurabilir. Proton ve nötronlar, kuarklardan oluştukları için temel parçacık değildirler.
Atomdan küçük, atomu da oluşturan maddeler. En çok bilinenleri, alt parçacıklardan (kuarklardan) oluşan proton ve nötron; lepton olan elektrondur. Yapısı tamamen keşfedilmemiş atomaltı parçacıklara örnek olarak foton (ışık), bozon, mezon, fermiyon, baryon ve graviton verilebilir.
Plütonyum, 1940 yılında Glenn T. Seaborg, Edwin M. McMillan, J. W. Kennedy ve A. C. Wahlby tarafından 152 cm'lik siklotron içerisindeki uranyumun döteryum ile bombardımanı sonucunda elde edilmiştir.
Atom çekirdeği, atomun merkezinde yer alan, proton ve nötronlardan oluşan küçük ve yoğun bir bölgedir. Atom çekirdeği 1911 yılında Ernest Rutherford tarafından keşfedildi. Bu keşif, 1909 yılında gerçekleştirilen Geiger-Marsden deneyine dayanmaktadır. Nötronun James Chadwick aracılığıyla 1932 yılında keşfinden sonra, çekirdeğin proton ve nötronlardan oluştuğu modeli Dmitri Ivanenko ve Werner Heisenberg tarafından çabucak geliştirildi. Atomun kütlesinin neredeyse tamamı çekirdek içerisindedir, elektron bulutunun atom kütlesine katkısı oldukça azdır. Proton ve nötronlar çekirdek kuvveti tarafından çekirdeği oluşturmak için birbirlerine bağlanmıştır.
Kuark yıldızı, son derece yüksek çekirdek sıcaklığı ve basıncının çekirdek parçacıklarını, başıboş kuarklardan oluşan sürekli bir madde hali olan kuark maddesini oluşturmaya zorladığı, varsayımsal bir sıkışık, egzotik yıldız türüdür.
Nükleer fizik veya çekirdek fiziği, atom çekirdeklerinin etkileşimlerini ve parçalarını inceleyen bir fizik alanıdır. Nükleer enerji üretimi ve nükleer silah teknolojisi nükleer fiziğin en çok bilinen uygulamalarıdır fakat nükleer tıp, manyetik rezonans görüntüleme, malzeme mühendisliğinde iyon implantasyonu, jeoloji ve arkeolojide radyo karbon tarihleme gibi birçok araştırma da nükleer fiziğin uygulama alanıdır.
Nötron saçılması, maddedeki nötronların düzensiz bir şekilde dağılmasıdır. Doğal olarak fiziksel yollarla oluşabildiği gibi, insan yapımı deneysel tekniklerin sonucunda da gözlemlenebilir. Clifford Shull ve Bertram N. Brockhouse tarafından bulunmuştur. Shull ve Brockhouse bu çalışmalarıyla 1994 yılında Nobel ödülüne layık görülmüşlerdir.
Radyasyon veya ışınım, elektromanyetik dalgalar veya parçacıklar biçimindeki enerji yayımı ya da aktarımıdır. "Radyoaktif maddelerin alfa, beta, gama gibi ışınları yaymasına" veya "Uzayda yayılan herhangi bir elektromanyetik ışını meydana getiren unsurların tamamına" da radyasyon denir. Bir maddenin atom çekirdeğindeki nötronların sayısı, proton sayısına göre oldukça fazla veya oldukça az ise; bu tür maddeler kararsız bir yapı göstermekte ve çekirdeğindeki nötronlar alfa, beta, gama gibi çeşitli ışınlar yaymak suretiyle parçalanmaktadırlar. Çevresine bu şekilde ışın saçarak parçalanan maddelere radyoaktif madde denir.
Absorpsiyon spektroskopisi, radyasyonun dalga boyu ya da frekansın bir fonksiyonu olarak irdelenmesidir. Absorpsiyon teorisine göre örnek madde ortamdan enerji absorbe eder. Emilen enerjinin şiddeti, frekansın ve dalga boyunun bir fonksiyonu olarak ifade edilmiştir.
Bertram Neville Brockhouse, Kanadalı fizikçi. "Nötron spektroskopisinin" özellikle de "Yoğun madde çalışmalarında kullanılan nötron saçılımı tekniklerinin" geliştirilmesine öncü nitelikte katkıları için için 1994 Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.
Alfa bozunumu veya α bozunumu, atomun alfa parçacığı saçarak fazla enerjisinden kurtulmasıdır. Alfa saçılması radyoaktif saçılmadır. Saçılma durumunda atom numarası 2, kütle numarası ise 4 azalır. Örneğin uranyum-238 alfa bozunması geçirerek toryum-234 elementine dönüşür.
Derin inelastik saçılma, elektron, müon ve nötrino kullanarak hadronların iç yapılarının incelenmesi işlemidir. 1968'de, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda yapılan derin inelastik saçılma deneyleri sayesinde, daha önceleri teorik olarak varlığı tahmin edilen kuarkların varlığına dair ilk somut veriler elde edilmiştir.
Nötron kırınımı, nötron difraksiyonu ya da elastik nötron saçılması, bir malzemenin atomik veya manyetik yapısına nötron saçılmasının uygulanmasıdır. İlk nötron kırınımı deneyleri 1945'te, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki grafit reaktörünü kullanarak Ernest O. Wollan tarafından gerçekleştirildi. Haziran 1946'da kendisinin çalışmalarına Clifford Shull da dahil oldu ve ikili, basit ilkelerini ortaya attıkları tekniği başarılı bir şekilde farklı malzemelere uyarladılar.
Antinötron, nötrondan sadece bazı özelliklerinin eşit büyüklükte fakat zıt işarete sahip olması nedeniyle farklılık gösteren, nötronun antiparçacığıdır. Nötron ile aynı kütleye sahiptir ve net elektrik yükü yoktur, ancak karşıt baryon sayısına sahiptir. Bunun nedeni antinötronun antikuarklardan oluşması ve nötronların da kuarklardan oluşmasıdır. Antinötron, bir yukarı antiquark ve iki aşağı antikuarktan oluşur.