Les nucléons sont des particules atomiques qui constituent la majorité de la masse de la matière. Les atomes ont un noyau composé de ces particules, également appelées protons et neutrons. et des électrons, qui gravitent autour du noyau. Un atome peut être considéré comme un système solaire miniature, avec des planètes (électrons) en orbite autour d’une étoile centrale (le noyau). Les électrons n’ont que 1/1836 de la masse des protons et 1/1837 la masse des neutrons, tandis que les neutrons et les protons ont à peu près la même masse.
Les nucléons ne sont que rarement trouvés indépendamment – ils sont généralement étroitement enfermés dans le noyau des atomes. Ils sont maintenus ensemble par la force la plus puissante de l’univers, appelée la force forte. La force forte est environ 100 fois plus forte que la force électromagnétique, mais elle n’agit que sur des distances extrêmement petites, comme dans un noyau atomique. Lorsque sa puissance est libérée, en brisant ou en fusionnant des noyaux atomiques, les résultats sont étonnants. Ceci est communément appelé énergie nucléaire et peut être vu dans l’énergie générée par le Soleil ou la puissance destructrice d’une bombe atomique.
Parfois, les protons et les neutrons existent indépendamment. La désintégration radioactive, trouvée dans des substances comme l’uranium, est un processus par lequel les éléments émettent lentement des protons et des neutrons sous des formes connues sous le nom de rayonnement alpha. Ceci, associé à d’autres formes de rayonnement radioactif, peut être nocif pour l’homme. L’espace est rempli d’un tel rayonnement, composé de particules énergétiques se déplaçant en ligne droite à des vitesses proches de celle de la lumière. Ces particules sont émises en petites quantités par chaque étoile.
Dans les accélérateurs de particules, les physiciens accélèrent les noyaux atomiques les uns dans les autres à grande vitesse, pour les faire éclater et libérer une pluie de particules qui peuvent être analysées. Diverses particules exotiques ont été trouvées de cette manière. Par exemple, en 1969, il a été vérifié que les nucléons étaient en fait composés de particules plus petites, appelées quarks, maintenues ensemble par des particules à médiation de force, appelées gluons. Avant ces expériences à haute énergie, les quarks avaient été utilisés comme construction théorique pratique, mais ce n’est qu’après les expériences qu’il a été déterminé qu’il s’agissait en fait de particules réelles.