I nucleoni sono particelle atomiche che costituiscono la maggior parte della massa della materia. Gli atomi hanno un nucleo composto da queste particelle, note anche come protoni e neutroni &mash; ed elettroni, che orbitano attorno al nucleo. Un atomo può essere visto come un sistema solare in miniatura, con “pianeti” (elettroni) che orbitano attorno a una “stella” centrale (il nucleo). Gli elettroni hanno solo 1/1836 la massa dei protoni e 1/1837 la massa dei neutroni, mentre neutroni e protoni hanno circa la stessa massa.
Solo raramente i nucleoni si trovano indipendentemente: di solito sono strettamente bloccati nel nucleo degli atomi. Sono tenuti insieme dalla forza più forte dell’universo, chiamata forza forte. La forza forte è circa 100 volte più forte della forza elettromagnetica, ma opera solo su distanze estremamente ridotte, come in un nucleo atomico. Quando il suo potere viene rilasciato, rompendo o fondendo insieme nuclei atomici, i risultati sono sorprendenti. Questo è comunemente noto come “energia nucleare” e può essere visto nell’energia generata dal Sole o nel potere distruttivo di una bomba atomica.
Occasionalmente, protoni e neutroni esistono indipendentemente. Il decadimento radioattivo, che si trova in sostanze come l’uranio, è un processo mediante il quale gli elementi emettono lentamente protoni e neutroni in forme note come radiazione alfa. Questo, insieme ad altre forme di radiazioni radioattive, può essere dannoso per l’uomo. Lo spazio è pieno di tale radiazione, costituita da particelle energetiche che viaggiano in linea retta a velocità prossime a quella della luce. Queste particelle sono emesse in piccole quantità da ogni stella.
Negli acceleratori di particelle, i fisici accelerano i nuclei atomici l’uno nell’altro a grande velocità, per farli esplodere e liberare una pioggia di particelle che possono essere analizzate. Varie particelle esotiche sono state trovate in questo modo. Ad esempio, nel 1969, è stato verificato che i nucleoni erano in realtà composti da particelle più piccole, chiamate quark, tenute insieme da particelle che mediano la forza, chiamate gluoni. Prima di questi esperimenti ad alta energia, i quark erano stati usati come un comodo costrutto teorico, ma fu solo dopo gli esperimenti che fu determinato che erano, in effetti, particelle reali.