مطالعات نظری و تجربی فیزیک هسته‌ای نقش برجسته‌ای در توسعه فیزیک قرن بیستم ایفا کرده است. مطالعه هسته اتم توانایی ما برای درک جهان را افزایش می‌دهد، پاسخ‌هایی را برای پرسش‌های اساسی در مورد سازوکار جهان ارائه می‌دهد و دانش ما را در مورد بی‌نهایت کوچک و بسیار بزرگ گسترش می‌دهد. می‌دانیم که هسته در نتیجه برهم‌کنش‌های قوی بین پروتون‌ها و نوترون‌ها وجود دارد ولی پتانسیل حاکم بر این نیروها به طور کامل شناخته شده نیست و هنوز موارد زیادی برای پژوهش در این موضوعات و نیروهای مؤثر بر آنها وجود دارد. از جمله هسته های غیر عادی زمینه تحقیقاتی نظری و تجربی جدیدی است که در مراکز تحقیقاتی مهم دنیا در حال مطالعه و بررسی است.
این گرایش در زیر شاخه‌های مختلفی ارائه می‌شود: بررسی برهم‌کنش‌های قوی، سامانه‌های چند ذره‌ای هسته ای، خواص هسته‌ها، ساختار و مدل های هسته ای، واکنش های هسته ای، کاربرد پرتوها، همجوشی هسته‌ای، راکتورهای هسته‌ای، پرتوپزشکی، ستاره های نوترونی، فیزیک هادرون‌ها و ... . هر کدام از این شاخه‌ها می‌توانند در بخش‌های نظری، تجریی، محاسباتی ( شبیه سازی)، کاربردی و بین‌رشته‌ای مورد مطالعه قرار گیرند. فیزیک هسته‌ای از نظر گستردگی در بخش‌های مختلفی در حوزه‌های علوم، صنعت، پزشکی و کشاورزی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. به علاوه فیزیک هسته‌ای فنونی در اختیار ما گذاشته است که در علوم دیگر از جمله در فیزیک اتمی، فیزیک حالت جامد، شیمی، زیست شناسی، کیهان شناسی و دیگر شاخه‌های علوم نیز کاربرد وسیعی پیدا کرده است و از جنبه های بین رشته‌ای بسیار قابل توسعه است.
این کاربردها شامل دستگاه‌ها و فناوری‌هایی برای تشخیص و درمان پزشکی، تولید انرژی (راکتورهای شکافت و گداخت )، استفاده از پرتوها، شتابگرهای ذرات، آشکارسازهای هسته‌ای، ، تولید رادیو ایزوتوپها، ایمنی هسته ای، تجزیه و تحلیل مواد و پایه‌ای برای مهندسی هسته‌ای و فناوری‌های نوین است.
در گروه هسته ای دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی اصفهان ضمن آموزش های نظری و پژوهش های بنیادین در این زمینه، جنبه‌های کاربردی و فناوری مرتبط با گرایش فیزیک هسته‌ای نیز مورد توجه است. لذا این گروه در مباحث نظری، تجربی، شبیه سازی و کاربردی در موضوعات زیر فعال می باشد:
اتمها و هسته های کائونی
ستاره های نوترونی
کاربرد پرتوها
حفاظت در برابر پرتو
شتابگرهای ذرات
پروتون تراپی
BNCT
همجوشی هسته ای
راکتورهای هسته ای
رادیو ایزوتوپها
روشهای محاسباتی و شبیه سازی در فیزیک هسته ای
============================================================================================
اتمها و هسته های کائونی
مطالعه برهمکنش هسته‌ای قوی هادرونهای دارای کوارک شگفتی در هسته و بررسی ساختار هسته‌های حاوی کوارک شگفتی، شاخه‌ای از فیزیک هسته‌ای را تحت عنوان فیزیک هسته‌ای شگفت به خود اختصاص داده است. ساده‌ترین هادرون دارای کوارک شگفتی، مزون K (کائون) است.
یکی از راه‌های تولید ساده‌ترین هادرون دارای کوارک شگفتی (کائون)، استفاده از برخورد دهنده الکترون پوزیترون می‌باشد که زوج K+ و K- را تولید می‌کند. آزمایشگاه‌های LNF واقع در فراسکاتی ایتالیا، آزمایشگاه KEK و J-PARC در ژاپن و GSI در آلمان از جمله آزمایشگاه‌هایی هستند که در زمینه برهمکنش کائون با هسته پژوهش می‌کنند.
کائون می‌تواند پس از توقف در ماده جایگزین الکترون اتمی شود و اتم کائونی تشکیل دهد. به دلیل جرم سنگین‌تر کائون نسبت به الکترون اتم کائونی ابتدا در حالت‌های بسیار برانگیخته تشکیل می‌شود و سپس با فرآیندهای گذار آبشاری به حالت‌های پائین‌تر واانگیخته می‌شود. این‌گونه اتمها که ذره‌ای منفی و سنگین‌تر از الکترون جایگزین الکترون در اتم می‌شود را اتم‌های اگزوتیک گویند.
با توجه به برهمکنش قوی کائون با هسته در نهایت طی گذارهای آبشاری و در ترازهای پائین کائون جذب هسته شده و هسته کائونی را تشکیل می‌دهد. جالب است که برهمکنش قوی هسته با کائون بر ترازهای اتمی کائون نیز تاثیرگذار است، از جمله باعث جابه‌جایی و پهن‌شدگی ترازهای اتمی می‌شود.
این موضوع در بررسی QCD در انرژی‌های پائین نیز اهمیت دارد. حضور کائون در هسته باعث فشردگی اضافی می‌شود که مدل‌هایی را برای هسته‌های فوق چگال مطرح می‌کند. از طرف دیگر برهمکنش قوی کائون با نوکلئون‌ها در بررسی ستاره‌های نوترونی و مدل‌های ارائه‌شده برای محاسبه شعاع و جرم ستاره‌های نوترونی با فرض وجود کائون در آنها اهمیت دارد.
