盧瑟福從1909做了著名的α粒子散射實驗。實驗的目的是為了證實湯慕孫原子模型的正確性，但實驗結果卻成為否定湯姆遜原子模型的有力證據。在此基礎上，盧瑟福提出了核結構模型。
為了考察原子的內部結構，需要找到壹種可以射進原子的探針粒子，這種粒子就是天然放射性物質發出的α粒子。盧瑟福和助手用α粒子轟擊金箔進行實驗，如圖。
將少量放射性元素釙(Po)放在鉛盒中，它發出的α射線從鉛盒的小孔中射出，形成壹束極細的射線，打在金箔上。當α粒子穿過金箔時，它們撞擊熒光屏產生亮點，可以用顯微鏡觀察到。為了避免α粒子對實驗結果的影響，整個裝置被放置在真空容器中，帶有熒光屏的顯微鏡可以繞著金箔做壹圈運動。在核物理研究之初，我們面臨壹個重要的問題，就是核子之間相互作用的性質。註意到大多數原子核是穩定的，通過對不穩定原子核的γ衰變、β衰變和α衰變的研究，發現原子核之間必然存在壹種比電磁作用強得多的短程飽和引力。此外，大量實驗證明，質子-質子、質子-中子、中子-中子之間的相互作用除了電磁力之外是完全相同的，是核力的電荷無關性。1935年，湯川秀樹(1907 ~ 1981)提出核子之間的相互作用是通過交換壹個無質量的介子來實現的。1947年，π介子被發現，其性質與湯川的理論預言不謀而合。
根據介子交換理論，單π介子交換產生核子之間的長程吸引(≥3×10-13cm)，雙π介子交換產生飽和的中程吸引[(1 ~ 3)×10-13cm]，而ρ、ρ、ρ、ρ、ρ、ρ、ρ、ρ 1×65438它們的靜止質量不為零，保證了核力的短程，而矢量介子的非標量性質保證了核力的自旋關聯。對核力性質和原子核組成的研究，為進壹步揭示原子核的結構創造了條件。
在早期的核模型中，玻爾的液滴模型、費米氣體模型、Butler和Elsas的獨立粒子模型以及Meyer和詹森的獨立粒子核殼模型是有影響的。最成功的是獨立粒子的核殼模型。
在1948 ~ 1949期間，邁耶(Maria Goeppert 1906 ~ 1972)通過分析各種實驗數據，重新定義了壹組幻數，即2、8、20、28、50和82。確定這些幻數的基礎是以這些幻數為核的化學元素相對豐富；魔核中快中子和熱中子的截面特別小；幻核的電四極矩特別小；裂變產物主要是幻核附近的原子核；原子的結合能可以在幻核附近發生突變；幻影核相對於α衰變特別穩定；β衰變釋放的能量在幻核附近突然變化。受費米的啟發，邁耶在平均場中引入了壹種強自旋軌道耦合力，並利用這種力引起的能級分裂成功地解釋了所有幻數的存在。然後，詹森(1907 ~ 1973)獨立地得到了同樣的結果。在邁耶和詹森合著的《核殼基本原理》壹書中，他們利用核殼模型成功地解釋了核幻數、自旋、宇稱、磁矩、β衰變和異構島等實驗事實。由於核殼結構模型的成功及其在核物理研究中的重要作用，邁耶和詹森共同獲得了1963諾貝爾物理學獎。
核-殼模型是在綜合分析大量核性質、核譜和核反應實驗數據的基礎上提出的，它給出了核內核運動的清晰物理圖像。這個模型的核心是平均場的思想。它認為，就像電子在原子的平均場中運動壹樣，在原子核中，每個原子核也在其他原子核的平均場中獨立運動，所以原子核也應該具有殼層結構，這種模型通常被稱為獨立粒子核殼模型。
平均場的思想使得核殼模型在很多方面都是成功的，但它也有不可避免的局限性，因為核子之間的相互作用不能完全用平均場代替。除了平均場，核子之間還有剩余的相互作用。隨著核物理研究的發展，20世紀50年代以來陸續發現了壹些新的實驗事實，如大電四極矩、磁矩、電磁躍遷幾率、振動譜、核激發譜的轉動譜、重偶核能譜中的能隙等，這些都是獨立粒子的核殼模型無法解釋的。
1953年，丹麥物理學家、著名物理學家N·玻爾的兒子阿格·尼爾斯·玻爾(1922 ~)，以及他的助手馬爾岑(1926 ~)和雨水(196544)。這個模型認為，除了平均場之外，核子之間還有剩余相互作用，剩余相互作用引起核子之間的關聯，這是對獨立粒子運動的補充，其中短程關聯引起核子配對。描述這種關聯的核子對模型已經得到大量實驗的支持。原子核之間的長程關聯會使原子核變形，產生集體運動。原子核旋轉和振動的能譜是這種集體運動的結果，而重核的裂變和重離子的聚變反應是原子核大變形引起的集體運動的結果。根據原子核的集體模型，原子核中的每個原子核不僅相對於其他原子核運動，而且作為壹個整體振動和旋轉。不同運動狀態的原子核不僅有自己特定的形狀，而且有不同的能量和角動量，它們是分離的，從而形成能級。正因如此，與只適用於球核的獨立粒子殼模型相比，核的集體模型有了很大的進步。可以用來計算各種形狀的核滴對應的能量和角動量。此外，當原子核從高能級躍遷到低能級時，通常可以γ射線的形式釋放能量，這與穩定線附近大量原子核的行為是壹致的。此外，根據這個模型，當原子核的形狀固定時，轉動慣量保持不變。隨著角動量的增加，原子核的形狀發生變化，轉動慣量也隨之變化，導致轉動能級的變化。因此，用該模型研究形變核轉動能級的躍遷規律，成為研究奇異核的基礎。核的集體模型解決了獨立粒子核殼模型的困難，成功解決了球核振動、形變核轉動、大四極矩等實驗事實，為核理論的發展做出了重要貢獻。正因如此，壹個玻爾、馬爾岑和雨水獲得了1975諾貝爾物理學獎。發展核模型的目的是為了更精確地描述核的各種運動形式，從而建立更完整的核結構理論。由於人們對核子間相互作用的性質、規律和機制還不完全清楚，不可能像經典物理學那樣，通過核子間的相互作用來建立壹個核結構和核電理論。我們只能依靠建立的模型，從理論上計算出有實驗數據的核素或能區，然後與實驗結果進行比較，根據比較結果調整模型，再通過模型理論估算出沒有實驗數據的空位能區，發展實驗技術，補充空位數據，再與實驗結果進行比較。到70年代初，核結構理論的進展大多是在傳統範圍內發展的。
傳統核結構理論的特點是:
(1)不考慮核結構本身；
(2)核力多為兩體相互作用，核內核子之間的相互作用等價於自由核子之間的相互作用；
(3)核物質是無限的；
④應用非相對論量子力學；
⑤研究對象是通常條件下(基態或低激發態、低溫、低壓、恒定密度等)的天然核素。).
從20世紀70年代中期到90年代，核物理的研究跳出了傳統的範圍，取得了很大的進展。首先是實驗手段的發展，各種中高能加速器、重離子加速器相繼投入運行；相應地，探測技術的發展不僅擴大了可觀測核現象的範圍，而且提高了觀測的精度和分析能力；核數據處理技術從手工到計算機的轉變加速了核理論研究的進程。受粒子物理和天體物理發展的影響，核物理的理論也開始從傳統的非相對論量子核動力學(QND)向相對論量子強子動力學(QHD)和量子色動力學(QCD)轉變。壹種基於相對論量子場論、弱電流統壹理論和量子色動力學的現代核結構理論正在興起。雖然粒子物理已經成為壹門獨立的學科，核物理不再是研究物質結構的前沿，但是核物理的研究已經進入了壹個全新的深入發展階段。
除了平均場，原子核的集體模型還考慮了剩余相互作用，從而增加了它的預測能力。然而，在數學上處理核多體問題是非常困難的，這給實際研究帶來了很大困難。近十年來，有人提出了各種簡化的核結構模型，其中主要的是液點模型，它的特點是反映了原子核的整體行為和集體運動，能更好地解釋原子核的完整性，如結合能公式、裂變、集體振動和轉動等。除了液點模型，還有相互作用玻色子模型(IBM)，這也是用簡化的方法研究核結構的壹種嘗試。由於人們並不清楚核子之間的核力，又由於原子核是由多個核子組成的多體系統，考慮到每個核子的三維坐標自由度、自旋和同系族自由度，運動方程就無法求解，多體之間的相互作用就更加困難。過去的獨立核殼模型強調獨立粒子的運動特性，而原子核的集體模型強調原子核的整體運動。這兩種理論未能很好地結合起來。雖然核子的多體行為很復雜，但不可能從理論計算入手。然而，實驗觀測表明，原子核這壹復雜的多費米子系統表現出清晰的規律性和簡單性。這啟示人們能否先“凍結”壹些自由度，研究核的運動和動力學規律，從簡單開始，這是相互作用玻色子模型的出發點。
1968年，Feshbach和他的學生F. lachllo在研究雙殼層輕核時，把粒子-空穴看作玻色子，提出了相互作用玻色子的概念。1974年，Laszlo將這壹概念應用於中重偶偶核的研究。他與A. Arima合作，提出了相互作用玻色子模型。這個模型認為，偶偶核包括雙滿殼層的驗證部分和雙滿殼層外的偶數核子。如果先把驗證的自由度“凍結”，把價核子匹配成角動量為0或2的核子對，就可以把費米子對當作玻色子，用玻色子之間的相互作用來描述偶偶核，就可以大大簡化問題。他們的模型在解釋中重核低能激發態方面取得了巨大成功。相互作用玻色子模型更成功的地方在於它預言了超空間中原子核的對稱性。指出核旋轉、核振動等集體運動行為反映了核電的對稱性。由於揭示了核電的對稱性，這個模型更抽象，但更深刻和本質。在過去，對稱性常常被認為是粒子物理學的壹個研究課題。其實核物理也是壹個對稱性極其豐富的研究領域。尤金·保羅·威格納(1902 ~)是第壹個註意到核對稱性的人，他是匈牙利出生的美國物理學家，也是狄拉克的妻子和兄弟。維格納畢業於柏林大學化學系，1925獲得博士學位。1930年與JohnvonNeumann(1903 ~ 1957)壹起被邀請到美國擔任普林斯頓大學的數學物理教授。1936年，兩人都創立了中子吸收理論，為核能事業做出了巨大貢獻。1937年，Wigner基於原子核的自旋和同位旋，引入了超多重結構，建立了宇稱守恒定律。由於對原子核中基本粒子理論的貢獻，尤其是對對稱性基本原理的貢獻，維格納獲得了1963諾貝爾物理學獎。在維格納之後，艾略特對核的動力學對稱性進行了更深入的研究。1958年，艾略特研究了諧振子場的對稱性，建立了玻色子相互作用的SU(3)動力學對稱理論。該理論與質量數A為16 ~ 24的核理論符合較好，但對於A較大的核，由於自旋軌道耦合，這種對稱性被破壞，偏離較大。在Laszlo和Alimer在1974中提出的相互作用玻色子模型中，角動量為0的玻色子稱為S玻色子，角動量為2的玻色子稱為D玻色子。S、D玻色子擴展到壹個6維超空間，系統狀態的任何變化都可以在6維空間中通過幺正變換實現，構成U(6)群。原子核的角動量守恒與空間旋轉的不變性有關，即S和D系統具有U(6)對稱性。他們還發現在S和D玻色子系統中有三個群鏈。
①U(6)U(5)SO(5)SU(3)，簡稱U(5)極限。
②U(6)SU(3)SO(3)，簡稱SU(3)極限。
③U(6)SO(6)SO(5)SO(3)，簡稱SO(6)極限。
在三個群鏈的情況下，與S和D玻色子相互作用有關的哈密頓量有解析解，原子核具有相應群的對稱性。在三種極限情況下，能量本征值對角動量有確定的依賴關系，動力學對稱性也根據能級序的表現而不同。總之，這壹研究成果揭示了原子核結構和動力學的對稱性，與實驗結果非常吻合，IBM理論取得了巨大成功。