Tuuma ehitus

Nüüd tõuseb meil üles uus küsimus: miks prootonid ja neutronid ei liitu tuuma­jõudude toimel üks­teisega päris kokku? Miski peab neid üks­teisest ka eemaldama. Tegelikult võtab iga osake tuumas enda alla ruumala, mis vastab umbes kerale raadiusega 1,3 · 10^–15 m, sõltumata tuuma suurusest. Seetõttu võrreldakse tuuma ka vee­tilgaga, sest tema tihedus on suhteliselt muutumatu. Miks siis osakesed, millel pole välis­pinda, ei lähene veel üks­teisele, tõmbe­jõudude potentsiaalne energia peaks ju muutuma miinimumi suunas? Põhjus on sama, miks elektronid on aatomis üle kogu aatomi laiali laotunud. Selle nähtuse selgitab mikro­osakeste füüsika nimega kvant­mehaanika, mis, nagu relatiivsus­teooriagi, erineb klassikalisest füüsikast.

Kehtib reegel, et osake saab omandada vaid teatud kindlaid nullist erinevaid energia väärtusi, need on nn lubatavad energia­tasemed. Teiseks saab ühel energia­tasemel olla ainult piiratud arv osakesi (see arv on igal tasemel erinev) – s.o keelu­reegel, mis toimib nagu tõukejõud.

Prootonite ja neutronite energia­tasemed on tuumas üksteisest sõltumatud, kuid üsna sarnased, sest tuuma­jõud mõjuvad prootonitele ja neutronitele ühtviisi ja võrdselt. Siiski, väike erinevus tuleb sellest, et prootonite vahel on ka elektrilised tõuke­jõud, seepärast on prootonite seose­energia üldiselt veidi väiksem kui neutroneil. Seose­energiaks nimetame energiat, mis oleks vaja osakesele anda, et teda täielikult tuumast vabastada. Seda energiat mõõdetakse elektron­voltides, tuuma puhul siiski pigem mega­elektron­voltides (MeV).