핵의 상태가 바뀌는 전이
원자핵의 종류와 원자핵의 에너지 상태는 구분할 수 있다. 같은 수의 양성자와 중성자로 이루어진 핵도 서로 다른 에너지 상태에 놓일 수 있다. 감마 붕괴는 그중 높은 상태에서 낮은 상태로 내려가는 전이이며, 더 낮은 상태가 반드시 바닥상태인 것은 아니다.
알파와 베타 붕괴에 비교하기
양성자나 중성자의 수가 달라지는 붕괴와 달리 감마 붕괴에서는 핵자 구성이 유지된다. 따라서 원자번호 10, 질량수 20인 들뜬 핵이 감마선을 방출해도 원자번호는 10, 질량수는 20이다. 이 예의 두 정수는 에너지 차이가 없다는 주장이 아니라 핵자의 개수를 표시한다.
광자와 반동하는 핵
핵이 광자를 방출하면 광자가 운동량을 가져가므로 남은 핵도 반동한다. 전이 에너지는 광자와 핵의 반동에 나뉜다. 따라서 엄밀한 에너지 장부에서는 광자의 에너지뿐 아니라 반동 에너지도 포함해야 하며, 전이 에너지 전부가 언제나 광자에만 실린다고 하면 정확하지 않다.
특정 전이의 에너지
정해진 초기 상태에서 정해진 최종 상태로 가는 감마 전이는 특유의 광자 에너지를 갖는다. 이는 여러 입자에게 에너지가 나뉘어 베타 입자 에너지가 연속적으로 나타나는 베타 붕괴와 대비된다. 서로 다른 핵이나 서로 다른 전이는 다른 에너지를 낼 수 있으므로 감마선이라는 말 자체가 하나의 고정 에너지를 뜻하지는 않는다.