الفيزياء الذرية

تتضمن هذه المقالة قائمة بالمراجع العامة ، لكنها تفتقر إلى الاستشهادات المضمنة الكافية . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة من خلال تقديم استشهادات أكثر دقة. ( سبتمبر 2015 ) ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة )

الفيزياء الحديثة
${\displaystyle {\hat {H}}|\psi _{n}(t)\rangle =i\hbar {\frac {d}{dt}}|\psi _{n}(t)\rangle }$ ${\displaystyle G_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }={\kappa }T_{\mu \nu }}$ معادلات المجال لشرودنجر وأينشتاين
المؤسسون ماكس بلانك ألبرت أينشتاين نيلز بور ماكس بورن إروين شرودنغر فيرنر هايزنبيرج باسكوال جوردان ولفجانج باولي بول ديراك إرنست رذرفورد لويس دي بروجلي ساتيندرا ناث بوس
المفاهيم الطوبولوجيا فضاء وقت طاقة موضوع عمل عشوائية معلومة إنتروبيا ضوء جسيم موجة
الفروع مُطبَّق تجريبي نظري رياضيات فلسفة الفيزياء ميكانيكا الكم نظرية المجال الكمي المعلومات الكمومية الحوسبة الكمومية الكهرومغناطيسية التفاعل الضعيف التفاعل الكهروضعيف تفاعل قوي الذري جسيم نووي الذرية والجزيئية والبصرية مادة مكثفة إحصائية الأنظمة المعقدة ديناميكيات غير خطية الفيزياء الحيوية الفيزياء العصبية فيزياء البلازما النسبية الخاصة النسبية العامة الفيزياء الفلكية علم الكونيات نظريات الجاذبية الجاذبية الكمومية نظرية كل شيء
العلماء رونتجن ويتن بيكريل لورنتز بلانك كوري فيينا كوري سكلودوفسكا سومرفيلد رذرفورد سودى أونيس اينشتاين ويلسزيك وُلِدّ ويل بور كرامرز شرودنجر دي بروجلي لاوي بوس كومبتون باولي والتون فيرمي فان دير فالز هايزنبيرج دايسون زيمان موزلي هيلبرت جودل الأردن ديراك ويغنر هوكينج بي دبليو أندرسون لوميتر تومسون بوانكاريه ويلر بينروز مليكان نامبو فون نيومان هيغز هان فاينمان يانغ لي لينارد سلام 'ت هوفت فيلتمان جرس جيل مان جيه جيه تومسون رامان براج باردين شوكلي تشادويك لورانس زيلينجر جودسميت أولينبيك
فئات الفيزياء الحديثة
ف ت هـ

الفيزياء الذرية هي مجال الفيزياء الذي يدرس الذرات كنظام معزول من الإلكترونات والنواة الذرية . تشير الفيزياء الذرية عادةً إلى دراسة البنية الذرية والتفاعل بين الذرات. ^[1] وهي تهتم في المقام الأول بالطريقة التي يتم بها ترتيب الإلكترونات حول النواة والعمليات التي تتغير بها هذه الترتيبات. ويشمل ذلك الأيونات والذرات المحايدة، وما لم يُذكر خلاف ذلك، يمكن افتراض أن مصطلح الذرة يشمل الأيونات.

يمكن ربط مصطلح الفيزياء الذرية بالطاقة النووية والأسلحة النووية ، وذلك بسبب الاستخدام المترادف لكلمتي ذري ونووي في اللغة الإنجليزية القياسية . يميز الفيزيائيون بين الفيزياء الذرية -التي تتعامل مع الذرة كنظام يتكون من نواة وإلكترونات- والفيزياء النووية ، التي تدرس التفاعلات النووية والخصائص الخاصة لنوى الذرة.

كما هو الحال مع العديد من المجالات العلمية، يمكن أن يكون التحديد الدقيق للمجالات صعبًا للغاية، وغالبًا ما يتم النظر إلى الفيزياء الذرية في سياق أوسع من الفيزياء الذرية والجزيئية والبصرية . وعادةً ما يتم تصنيف مجموعات البحث في الفيزياء على هذا النحو.

تدرس الفيزياء الذرية في المقام الأول الذرات في عزلة. تتكون النماذج الذرية من نواة واحدة قد تكون محاطة بإلكترون واحد أو أكثر مرتبط. لا تهتم الفيزياء الذرية بتكوين الجزيئات (على الرغم من أن الكثير من الفيزياء متطابقة)، ولا تدرس الذرات في الحالة الصلبة كمادة مكثفة . تهتم الفيزياء الذرية بعمليات مثل التأين والإثارة بواسطة الفوتونات أو الاصطدامات بالجسيمات الذرية.

في حين أن نمذجة الذرات في عزلة قد لا تبدو واقعية، فإذا نظرنا إلى الذرات في الغاز أو البلازما ، فإن المقاييس الزمنية للتفاعلات بين الذرات ضخمة مقارنة بالعمليات الذرية التي يتم النظر فيها بشكل عام. وهذا يعني أنه يمكن التعامل مع الذرات الفردية كما لو كانت كل منها في عزلة، كما هي الحال في الغالبية العظمى من الوقت. ومن خلال هذا الاعتبار، توفر الفيزياء الذرية النظرية الأساسية في فيزياء البلازما والفيزياء الجوية ، على الرغم من أن كليهما يتعاملان مع أعداد كبيرة جدًا من الذرات.

تشكل الإلكترونات أغلفة افتراضية حول النواة. تكون هذه الأغلفة عادة في حالة أرضية ولكن يمكن إثارتها عن طريق امتصاص الطاقة من الضوء ( الفوتونات )، أو المجالات المغناطيسية ، أو التفاعل مع جسيم متصادم (عادةً أيونات أو إلكترونات أخرى).

يقال إن الإلكترونات التي تملأ غلافًا ما تكون في حالة مرتبطة . وتسمى الطاقة اللازمة لإزالة إلكترون من غلافه (نقله إلى ما لا نهاية) طاقة الربط . وتتحول أي كمية من الطاقة يمتصها الإلكترون تزيد عن هذه الكمية إلى طاقة حركية وفقًا لقانون حفظ الطاقة . ويقال إن الذرة خضعت لعملية التأين.

إذا امتص الإلكترون كمية من الطاقة أقل من طاقة الربط، فإنه سينتقل إلى حالة مثارة. وبعد فترة زمنية معينة، سوف "يقفز" الإلكترون الموجود في حالة مثارة (يخضع لانتقال) إلى حالة أدنى. في الذرة المحايدة، سوف ينبعث من النظام فوتون من الفرق في الطاقة، لأن الطاقة محفوظة.

إذا امتص الإلكترون الداخلي طاقة أكبر من طاقة الربط (بحيث تتأين الذرة)، فقد يخضع إلكترون خارجي أكثر لانتقال لملء المدار الداخلي. في هذه الحالة، ينبعث فوتون مرئي أو أشعة سينية مميزة ، أو قد تحدث ظاهرة تُعرف باسم تأثير أوجيه ، حيث تنتقل الطاقة المنبعثة إلى إلكترون مرتبط آخر، مما يتسبب في دخوله إلى المتصل. يسمح تأثير أوجيه بضرب تأين الذرة بفوتون واحد.

توجد قواعد اختيار صارمة إلى حد ما فيما يتعلق بالتكوينات الإلكترونية التي يمكن الوصول إليها عن طريق الإثارة بالضوء - ومع ذلك، لا توجد مثل هذه القواعد للإثارة من خلال عمليات الاصطدام.

كانت إحدى الخطوات الأولى نحو الفيزياء الذرية هي الاعتراف بأن المادة تتكون من ذرات . ويشكل ذلك جزءًا من النصوص المكتوبة في القرن السادس قبل الميلاد إلى القرن الثاني قبل الميلاد، مثل نصوص ديمقريطس أو فايسيكا سوترا التي كتبها كانادا . وقد طور الكيميائي والفيزيائي البريطاني جون دالتون هذه النظرية لاحقًا بالمعنى الحديث للوحدة الأساسية للعنصر الكيميائي في القرن الثامن عشر. في هذه المرحلة، لم يكن من الواضح ما هي الذرات، على الرغم من أنه يمكن وصفها وتصنيفها حسب خصائصها (بالجملة). كان اختراع النظام الدوري للعناصر بواسطة ديمتري مندلييف خطوة أخرى عظيمة إلى الأمام.

تميزت البداية الحقيقية للفيزياء الذرية باكتشاف الخطوط الطيفية ومحاولات وصف الظاهرة، وأبرزها محاولات جوزيف فون فراونهوفر . أدت دراسة هذه الخطوط إلى نموذج بور الذري وإلى ولادة ميكانيكا الكم . وفي محاولة لشرح الأطياف الذرية، تم الكشف عن نموذج رياضي جديد تمامًا للمادة. وفيما يتعلق بالذرات وأغلفة الإلكترونات الخاصة بها، لم يسفر هذا عن وصف أفضل بشكل عام، أي نموذج المدار الذري فحسب ، بل قدم أيضًا أساسًا نظريًا جديدًا للكيمياء ( كيمياء الكم ) والتحليل الطيفي .

منذ الحرب العالمية الثانية ، تقدمت المجالات النظرية والتجريبية بوتيرة سريعة. ويمكن أن يعزى ذلك إلى التقدم في تكنولوجيا الحوسبة، التي سمحت بنماذج أكبر وأكثر تطوراً للبنية الذرية وعمليات الاصطدام المرتبطة بها. كما ساعدت التطورات التكنولوجية المماثلة في المعجلات، وأجهزة الكشف، وتوليد المجال المغناطيسي، والليزر بشكل كبير في العمل التجريبي.

• فيزياء الجسيمات
• التحول المتماثل
• الذرية

• برانسدن، بي إتش؛ جوتشين، سي جيه (2002). فيزياء الذرات والجزيئات (الطبعة الثانية). برنتيس هول. رقم ISBN 978-0-582-35692-4.
• فوت، سي جيه (2004). الفيزياء الذرية . مطبعة جامعة أكسفورد. رقم ISBN 978-0-19-850696-6.
• هيرزبيرج، جيرهارد (1979) [1945]. الأطياف الذرية والبنية الذرية . نيويورك: دوفر. ISBN 978-0-486-60115-1.
• كوندون، إي يو وشورتلي، جي إتش (1935). نظرية الأطياف الذرية . مطبعة جامعة كامبريدج. رقم ISBN 978-0-521-09209-8.
• كوان، روبرت د. (1981). نظرية البنية الذرية والأطياف . مطبعة جامعة كاليفورنيا. ISBN 978-0-520-03821-9.
• ليندجرين، آي. وموريسون، جيه. (1986). نظرية الأجسام الذرية المتعددة (الطبعة الثانية). دار سبرينغر للنشر. رقم ISBN 978-0-387-16649-0.

• مركز MIT-Harvard للذرات شديدة البرودة
• مبادرة ستانفورد QFARM للعلوم والهندسة الكمومية
• معهد الكم المشترك بجامعة ميريلاند والمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا
• الفيزياء الذرية على الإنترنت
• جيلا (الفيزياء الذرية)
• قسم الفيزياء في ORNL