Я́дерная фи́зика, наука о строении, свойствах и превращениях атомных ядер. Базируется на экспериментальных данных о радиоактивности и ядерных реакциях. В экспериментах широко используют источники пробных частиц (главным образом ускорители заряженных частиц), применяют различные методы регистрации продуктов превращений атомных ядер. Теоретической основой ядерной физики является квантовая физика, законам которой подчиняются атомные ядра и частицы.

Зарождением ядерной физики можно считать открытие А. А. Беккерелем явления радиоактивности (1896). К 1903 г. было установлено существование трёх видов радиоактивных излучений, названных α-, β- и γ-излучениями, и выявлена их природа. В 1911 г. Э. Резерфорд открыл существование атомного ядра, в 1913 г. Н. Бор предложил квантовую модель атома. Ядерная физика как фундаментальная наука начала формироваться в 1932 г., когда Дж. Чедвик открыл нейтрон, а В. Гейзенберг, российский физик Д. Д. Иваненко и Э. Майорана независимо высказали гипотезу о том, что ядро состоит из нейтронов и протонов.

Ядро атома – это квантовая система, состоящая из нуклонов, между которыми действуют мощные ядерные силы, очень быстро спадающие с расстоянием. Точного описания подобной системы до сих пор не существует (последовательное решение проблемы структуры атомных ядер возможно только в рамках квантовой хромодинамики), поэтому структуру и динамику ядерной материи описывают при помощи различных ядерных моделей, каждая из которых рассматривает какую-то определённую совокупность свойств атомного ядра.

В т. н. коллективных моделях ядра предполагается, что большие группы нуклонов внутри ядра оказываются сильно связанными, вовлекаясь при ядерных возбуждениях в согласованные движения. Такова, например, капельная модель ядра, с помощью которой Н. Бор, Дж. А. Уилер и Я. И. Френкель в 1939 г. описали главные особенности только что открытого О. Ганом и Ф. Штрассманом процесса деления атомных ядер. В т. н. микроскопических моделях рассматривается поведение отдельных нуклонов в некотором среднем поле (созданном остальными нуклонами) – в предположении, что в этом поле нуклоны ведут себя как независимые частицы. Такие модели возникли после открытия магических ядер с определённым числом нуклонов, имеющих аномально большую энергию связи и повышенную распространённость. Для объяснения структуры таких ядер М. Гёпперт-Майер и Х. Йенсен в 1949 г. разработали оболочечную модель ядра. Объединяя оболочечную и коллективную модели ядра, О. Бор и Б. Моттельсон создали обобщённую модель ядра. С открытием гигантских резонансов в эффективных сечениях ядерных реакций был разработан новый класс коллективных ядерных моделей, в которых удалось решить одну из важнейших проблем ядерной физики – на языке поведения отдельных нуклонов показать, как формируется коллективное ядерное возбуждение.

Описание ядерных реакций и радиоактивного распада также в значительной мере носит модельный характер. Для описания прямых ядерных реакций используется, в частности, оптическая модель ядра. Стадии распада возбуждённых ядерных состояний описываются в т. н. экситонной и испарительной моделях; ядерные реакции под действием электромагнитных сил в области энергий выше гигантских резонансов – в квазидейтронной модели и т. д. Точное описание ядер, состоящих из малого числа нуклонов (до четырёх), может быть получено исходя из свойств нуклон-нуклонного взаимодействия. С открытием кварковой структуры нуклонов появилась возможность интерпретации свойств нуклон-нуклонного взаимодействия на основе свойств кварков и глюонов; стало доступным описание ядерных реакций, сопровождающихся передачей больших импульсов и энергий.

В современной ядерной физике выделяют несколько направлений исследований: радиоактивный распад атомных ядер, ядерные реакции (включая синтез сверхтяжёлых ядер), изучение структуры ядра, а также свойств нуклон-нуклонного взаимодействия и ядерной материи. Ряд разделов ядерной физики выделились в самостоятельные научные направления: ядерная энергетика, нейтронная физика, ядерная астрофизика (изучающая нуклеосинтез в природе), управляемый термоядерный синтез и создание термоядерных установок. Важное прикладное значение ядерной физики проявилось в создании ядерного оружия. Среди мирных направлений использования достижений ядерной физики – ядерные методы в медицине, применяемые при диагностике и терапии заболеваний.

Российские учёные внесли существенный вклад в становление и развитие ядерной физики. В 1928 г. Г. А. Гамов построил квантовомеханическую теорию α-распада. В 1935 г. И. В. Курчатов и другие открыли изомерию атомных ядер. В 1939 г. Ю. Б. Харитон и Я. Б. Зельдович показали возможность осуществления цепной реакции деления ядер урана. В 1940 г. Г. Н. Флёров и К. А. Петржак открыли спонтанное деление ядер урана. В 1944 г. В. И. Векслер открыл принцип автофазировки, что привело к развитию ускорительной техники. В 1945 г. А. Б. Мигдал предсказал существование гигантского дипольного резонанса атомных ядер, открытого позднее. Математические методы, развитые Н. Н. Боголюбовым в 1946 г., послужили основой для создания В. Г. Соловьёвым и С. Т. Беляевым сверхтекучей модели ядра (1958–1959). Ныне исследования в области ядерной физики в РФ ведутся в Объединённом институте ядерных исследований, Курчатовском институте, Институте ядерных исследований РАН и др. Результаты исследований публикуются в российских научных журналах: «Ядерная физика» (с 1965), «Физика элементарных частиц и атомного ядра» (с 1970), «Успехи физических наук» (с 1918) и др.