I raggi gamma sono la forma di radiazione elettromagnetica con la maggiore energia e la minore lunghezza d’onda. Sono definite come onde con un periodo (lunghezza d’onda) inferiore a 1 picometro, che è 0.001 nanometri. In confronto, il diametro di un atomo di idrogeno è di 50 picometri. Pertanto la lunghezza d’onda della radiazione gamma è per definizione subatomica. La loro energia è dell’ordine di 1.25 MeV (megaelettronvolt) o superiore. I raggi gamma sono generati in eventi molto energetici come le supernovae, dentro e intorno a corpi di materia esotica come stelle di neutroni, pulsar e buchi neri, o in modo meno spettacolare quando i nuclei radioattivi si rompono nel mezzo interstellare.
La lunghezza d’onda dei raggi gamma può scendere fino a 10-15 o 0.000001 nanometri, intorno al raggio classico di un elettrone. Quando la lunghezza d’onda diminuisce, l’energia corrispondente aumenta. A causa della loro enorme energia, i raggi gamma sono estremamente difficili da fermare. Per schermare qualcosa dai raggi gamma sono necessari scudi spessi (1m+) di sostanze con il numero atomico più alto possibile. Il piombo è una sostanza popolare. È noto che i raggi gamma viaggiano attraverso 3 metri di cemento. A causa della loro elevata energia e capacità di penetrazione, i raggi gamma sono estremamente pericolosi dal punto di vista biologico: possono uccidere le cellule viventi al contatto. L’effetto iniziale più pericoloso di un’esplosione nucleare è il lampo di raggi gamma.
I raggi gamma furono osservati per la prima volta da Paul Ulrich Villard nel 1900, mentre studiava la radioattività dell’uranio. Inizialmente, si sospettava che i raggi gamma fossero particelle, come le sue cugine radiative, le particelle alfa e le particelle beta, ma facendole passare attraverso un cristallo dimostrò che erano effettivamente onde elettromagnetiche. Come le particelle alfa e beta, i raggi gamma sono radiazioni ionizzanti, sebbene (a differenza delle particelle beta) non siano essi stessi carichi. La radiazione ionizzante è abbastanza potente da strappare gli elettroni dagli atomi che colpisce, dando loro una carica e causando interruzioni al materiale residente.
Uno dei fenomeni più sorprendenti che riguardano i raggi gamma è quello del gamma ray burst (GRB). Queste sono enormi esplosioni di raggi gamma che si verificano nello spazio profondo. Sono l’attività più energetica nell’universo dal Big Bang. (Più energetico delle supernovae.) In 10 secondi, un grande lampo di raggi gamma rilascia più energia di quanta ne rilasci il Sole durante i suoi 10 miliardi di anni di vita. Vari sono stati costruiti per spiegare i vari tipi di lampi di raggi gamma. La teoria prevalente è quella di un collapsar. Una collapsar è una speciale stella supermassiccia che espelle getti relativistici ad alta energia dai suoi poli mentre è in fase di collasso finale. Osserviamo questi come GRB. Un diverso tipo di GRB è probabilmente spiegato da stelle binarie degenerate. Stelle di neutroni estremamente dense possono occasionalmente scontrarsi, rilasciando enormi quantità di raggi gamma nel processo di fusione.
I raggi gamma sono anche usati in medicina per uccidere le cellule maligne, come le cellule cancerose. Questa procedura è chiamata chirurgia gamma-knife.