sı neticesinde bulunmuştur. Elektron daha önceden J.J Thomson’un bizzat kendisi tarafından keşfedilmişti. Atomların elektriksel olarak nötr olduğu bilgisinden hareketle Thomson pozitif yüklerin de olması gerektiği öne sürdü. Onun üzümlü kek atom modelinde iddaa ettiği şey atom içerisindeki negatif elektronların pozitif yüklü küre içerisinde rastgele dağılmış olduğudur. Daha sonra Ernest Rutherford bir deney tasarladı ve onun yönlendirmesiyle Hans Geiger ve Ernest Marsden tarafından bu deney gerçekleştirildi. Bu deney, metal folyonun ince levhasına gönderilen alfa parçacıklarının sapmasıyla ilgilidir. Eğer Thomson’un atom modeli doğruysa, pozitif yüklü alfa parçacıklarının izlediği yolda çok küçük bir sapma ile metal levhadan geçmeleri gerektiğini düşündü. Çünkü, Thomson’un atom modelinde karışık gibi düşünülen pozitif ve negatif yükler levhanın nötr gibi görünmesini sağlar ve levhanın alfa parçacıklarına elektriksel olarak nötr etki etmesini beklerdi. Rutherford için sürpriz bir şekilde, parçacıklarının çoğu büyük açılarla sapmıştır. Büyük ve hızlı hareket eden alfa parçacıklarının sapması nedeniyle çok güçlü bir kuvvetin olması gerektiği aşikar oldu çünkü alfa parçacığının kütlesi bir elektrondan yaklaşık 8000 kat daha büyüktür. Rutherford, üzümlü kek atom modelinin doğru olamayacağını ve alfa parçacıklarının sapmasının ancak pozitif ve negatif yüklerin birbirinden ayrı olduğunda gerçekleşebileceğini fark etti. Atomun kütlesinin pozitif yüklü bir noktada yoğunlaştığını gördü. Bu da pozitif yük ve kütlenin yoğun bir merkezde olduğu çekirdek atomu düşüncesini doğruladı. 

Nucleus (çekirdek) sözcüğü Latince küçük ceviz anlamına gelen nucleus’den gelmektedir. Michael Faraday bu terimi 1844 yılında, atomun merkezini kastetmek için kullanmıştır. Modern atom için anlamı 1912 yılında Ernest Rutherford tarafından önerilmiştir. Ama atom teorisi için “nucleus” terimini benimseme çabuk olmadı. Örneğin Gilbert N. Lewis 1916 yılında yayımladığı ünlü “Atom ve Molekül” makalesinde “Atom kernel (çekirdek) ve dış kabuktan oluşur” cümlesiyle atomu ifade etmiştir. 

Atom çekirdeği proton ve nötronlardan oluşur. Proton ve nötronlar kuark denilen temel parçacıkların bir tezahürüdür. Proton ve nötronlar, baryon adı verilen hadronların kararlı birleşimlerindeki güçlü çekirdek kuvveti ile bir arada tutulmaktadır. Güçlü çekirdek kuvveti her bir baryon tarafından yeterince uzağa kadar uzanır böylece pozitif yüklü protonlar arasındaki itici elektriksel kuvvete rağmen protonlar ve nötronlar birbirine bağlanır. Güçlü çekirdek kuvveti çok kısa bir menzile sahiptir, çekirdeğin kenarının ötesinde etkisi 0’a düşer. Pozitif yüklü çekirdeğin toplu etkisiyle elektriksel olarak negatif olan elektronlar çekirdek etrafındaki yörüngelerde tutulmaktadır. Çekirdek etrafındaki yörüngelerde hareket eden negatif yüklü elektronlar topluluğu belli konfigürasyon için benzerlik gösterir. Bu topluluk toplam elektron sayısıdır ve bunlar kendi yörüngelerinde kararlıdır.Kimyasal elementler atomları temsil eder ve bir atom, çekirdeğindeki proton sayısı ile belirlenir. Nötr bir atomda, çekirdeğindeki proton sayısına eşit miktarda elektron vardır. Kimyasal elementler kendi elektronlarını paylaşarak birleşme metodu ile daha kararlı elektron dizilimine sahip olabilirler. Elektron paylaşımı ile çekirdeğin etrafında kararlı elektronik yörüngeler yaratmanın etkisini kendi makro dünyamızın kimyasında görebiliyoruz.

Protonlar, çekirdeğin tüm yükünü gösterir, böylelikle kendi kimyasal kimliğini tanımlar. Nötronlar elektriksel olarak nötr’dür fakat çekirdeğin kütlesine hemen hemen protonlar ile aynı ölçüde katkıda bulunurlar. Nötronlar izotop olgusunu açıklayabilmektedir.İzotop aynı kimyasal elementin çeşitliliğidir. Bu kimyasal elementler yalnızca atom kütlesi bakımından farklılık göstermektedir. Kimyasal etkileri açısından aralarında fark yoktur.

Protonlar ve nötronlar birbirinden farklı eş spin kuantum numara değerlerine sahip fermiyonlardır. Bu yüzden iki proton ve iki nötron aynı uzay dalga fonksiyonunu paylaşabilir çünkü iki proton ve iki nötron aynı kuantum öze sahip değildir. Bunlar bazen aynı parçacık olan nükleonun farklı kuantum numaraları olarak görülmektedir. İki fermiyon (İki proton ya da iki nötron ya da bir proton + bir nötron gibi ) çifti gevşek olarak birbirine bağlı olduğunda bozon gibi davranabilmektedir.

Hiper çekirdeğin nadir durumlarında, bir ya da daha fazla tuhaf kuark ya da sıradışı quark içeren ve hyperon adı verilen üçüncü baryon da dalga fonksiyonunu paylaşabilir. Ama bu tip çekirdek son derece kararsızdır ve Dünya üzerinde bulunmaz yalnızca fiziğin yüksek enerjiyle ilgili deneylerinde gözlemlenebilir.

Nötron pozitif yüklü çekirdeğin yarıçapına ( 0.3fm) ve bu pozitif yükün eşitlendiği kendisini çevreleyen negatif yükün yarıçapına ( 0.3 fm ile 2 fm)’ye sahiptir. Proton yaklaşık olarak üssel pozitif yük dağılımına sahiptir.  

Atom çekirdeği güçlü nükleer kuvvet tarafından bir arada tutulur. Bu kalıcı güçlü kuvvet kuarkları birbirine bağlayarak proton ve nötronların oluşmasını sağlayan güçlü etkileşimin küçük posasıdır. Bu kuvvet nötronlar ile protonlar arasında daha zayıftır çünkü kendi içlerinde nötr hale getirilmektedir. Aynı şekilde nötr atomlar arasındaki elektromanyetik kuvvet (örneğin iki adet durağan gaz atom arasındaki Van der Waals Kuvveti) atomun parçacıklarını içten birlikte tutan elektromanyetik kuvvete göre oldukça zayıftır.(örneğin hareketsiz bir gaz atomundaki elektronu kendi çekirdeğinde tutan kuvvet ) 

Nükleer kuvvet, tipik nükleon boşluğu uzaklığında son derece çekicidir ve bu da protonlar arasındaki elektromanyetik kuvvet tarafından kaynaklanan itici kuvvetin üstesinden gelmektedir. Böylelikle çekirdeğin oluşması sağlanmaktadır. Fakat bu güçlü nükleer kuvvet sınırlı bir etki alanına sahiptir ve uzaklıkla birlikte çabucak zayıflamaktadır. (Yukawa potansiyelinde bunu görebilirsiniz) Bundan dolayı yalnızca belli bir boyuttan küçük olan çekirdekler tamamen kararlı halde kalabilirler. Tamamen kararlı halde kalabilen bilinen en büyük çekirdek ( alfa, beta ve gama bozulmalarına karşı kararlı) Kurşun-208’dir. Kurşun-208, 208 nükleon ( 126 nötron ve 82 proton) içermektedir. Bu maksimum seviyeden daha büyük çekirdekler kararsızdır ve nükleonun büyüklüğünün artmasına paralel olarak daha kısa ömürlü olmaya yönelimlidirler. Ama bizmut-209’da beta bozunmasına dek kararlıdır ve bilinen izotoplar içerisinde en uzun yarı ömürlü alfa bozunmasına sahiptir. Evrenin yaşından milyarlarca kez uzun olduğu tahmin edilmektedir.

Güçlü nükleer kuvvet çok kısa mesafeler için etkilidir. (genellikle yalnızca birkaç femtometre(fm), aşağı yukarı bir ya da iki nükleon çapında). Güçlü nükleer kuvvet herhangi nükleon çifti arasında çekim olmasını sağlar. Örneğin, proton ve nötronlar arasındaki bu çekim, döteryumu oluşturmaktadır. Ayrıca bu çekim protonların kendi aralarında ve nötronların kendi aralarında da mevcuttur. 

Güçlü nükleer kuvvetin etkili mutlak sınırı halo çekirdeği ile gösterilir. Örneğin, lityum-11 ve bor-14 yaklaşık on fermis ( aşağı yukarı uranyum-238’in çekirdeğinin yarıçapı olan 8 fermiye benzer) uzaklıkta yörüngede dönerler. Bu çekirdekler tamamen yoğun değildirler. Halo çekirdeği nükleitin grafiğinin en uç köşelerinde oluşur – nötron sızma hattı ve proton sızma hattı-. Bunlar kısa yarı-ömürleriyle birlikte kararsızdır. Ömürleri milisaniye olarak ölçülmüştür. Örneğin lityum-11 8.8 milisaniye yarı ömre sahiptir.

Etki altındaki halolar enerji seviyeleri doldurulmamış dış kuantum kabuğundaki çekirdeklerle birlikte uyarılmış hali temsil eder. ( hem yarıçap hem de enerji ). Halo, nötronlardan da [NN,NNN] protonlardan da [PP,PPP] oluşabilir. Tek bir nötron halosu içeren çekirdek ve C yi içerir..İki nötron halosu  , Li, B, B ve C ile gösterilebilir. İki nötron halo çekirdeği üç parçaya ayrılabilir, asla ikiye ayrılmaz. Bu parçalara Borromean çekirdek denir bu davranışından dolayı. ( birbirine kenetlenmiş üç halkanın olduğu bir sistem gibi düşünebilir, tek bir halkayı bozmak, ayırmak diğer ikisini de serbest hale getirir ). B ve Be nin ikisi de dört nötron halosunu temsil etmektedir. Proton halosu içeren çekirdek B ve P dir. İki proton halosu Ne ve S dir tarafından simgelenir. Fazla protonun itici elektromanyetik kuvvetinden dolayı proton halolarının nötron halolarından daha nadir ve daha kararsız olmaları öngörülmektedir.

Fiziğin standart modelinin, çekirdeğin davranışını ve bileşenlerini tamamıyla tanımladığı inancı yaygın olsa da, teoriden tahminler üretmek parçacık fiziğinin diğer çoğu alanından daha zordur. Bunun iki sebebi vardır : 
Geçmişten bugüne, deneyler ister istemez kusurlu ilkel modellere göre karşılaştırılmaktadır. Bu modellerden hiçbiri çekirdeğin yapısı üzerindeki deneysel verileri tamamıyla açıklayamaz.

Çekirdek yarıçapı (R) herhangi bir modelin tahmin etmek zorunda olduğu en temel büyüklüklerden biri olarak göz önüne alınmaktadır. Kararlı çekirdekler için ( halo çekirdekler ya da diğer kararsız bozuk çekirdekler değil) çekirdek yarıçapı aşağı yukarı çekirdeğin kütle numarasının karekökünün küpüyle doğru orantılıdır. Bu orantı özellikle çok sayıda nükleon taşıyan çekirdekler için önemlidir çünkü bunlar daha küresel yapılandırmaya uygun şekilde düzenlenmiştir. 

Kararlı bir çekirdek yaklaşık olarak sabit bir yoğunluğa sahiptir ve bundan dolayı çekirdek yarıçap (R) yaklaşık olarak aşağıdaki formülle ifade edilmektedir,
Burada A= Atomik kütle numarası (çekirdekteki toplam proton ve nötron sayısı) ve r0 = 1.25 fm = 1.25 × 10^−15 m’dir. Bu eşitlikte sabit bir sayı olan r0 0.2 fm’ye kadar değişebilmektedir. Bu değerin değişkenliğinin nedeni çekirdeğe dair soru işaretleridir. Fakat sabit sayının %20’sinden daha az bir değişiklik söz konusudur. 

Başka bir deyişle, proton ve nötronları çekirdekte paketleme işlemi yaklaşık olarak aynı toplam boyut sonucunu vermektedir. Sabit boyuta sahip sıkı küresel bir paketi ( örneğin misket) dar bir küreye ya da yaklaşık olarak küresel bir çantaya paketlemek gibi. (bazı kararlı çekirdekler tamam