Tuum kvantmehaanikas
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.
Tuuma osakesed asuvad teatud energiatasemetel.
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).
Seoseenergia iseloomustab osakese seotust tuumaga.
