원자 물리학
Atomic physics |
| 현대 물리학 |
|---|
| |
원자물리학은 원자를 전자와 원자핵의 고립된 시스템으로 연구하는 물리학 분야이다.원자물리학은 전형적으로 원자 구조와 [1]원자 사이의 상호작용에 대한 연구를 말한다.이는 주로 전자가 핵 주위에 배열되는 방식과 이러한 배열이 변화하는 과정에 관한 것입니다.이것은 이온, 중성 원자, 그리고 달리 명시되지 않은 한 원자라는 용어가 이온을 포함한다고 가정할 수 있다.
원자물리학이라는 용어는 표준 영어에서 원자력과 핵의 동의어 사용으로 인해 핵력과 핵무기와 연관될 수 있다.물리학자들은 원자 물리학과 원자핵과 전자로 구성된 시스템으로 원자를 다루는 원자 물리학과 원자핵의 반응과 특수 특성을 연구하는 원자 물리학을 구분한다.
많은 과학 분야와 마찬가지로, 엄격한 서술은 매우 정교할 수 있고 원자 물리학은 종종 원자, 분자, 그리고 광학 물리학의 넓은 맥락에서 고려됩니다.물리학 연구 그룹은 보통 그렇게 기밀로 분류됩니다.
단리 원자
원자물리학은 주로 원자를 분리해서 고찰한다.원자 모형은 하나 이상의 결합 전자로 둘러싸일 수 있는 단일 핵으로 구성됩니다.그것은 분자의 형성과 관련이 없으며(물리학의 많은 부분이 동일하지만), 응집 물질로서 고체 상태의 원자를 조사하지도 않는다.그것은 광자에 의한 이온화 및 들뜸이나 원자 입자와 충돌과 같은 과정과 관련이 있다.
고립된 원자를 모델링하는 것은 현실적이지 않은 것처럼 보일 수 있지만, 가스나 플라즈마에서 원자를 고려하는 경우, 원자-원자 상호작용에 대한 시간 스케일은 일반적으로 고려되는 원자 프로세스에 비해 크다.이것은 개별 원자가 각각 분리된 것처럼, 대부분의 시간 동안 고립된 것처럼 취급될 수 있다는 것을 의미합니다.이러한 고려에 의해 원자물리학은 플라즈마 물리학과 대기 물리학의 기초 이론을 제공하지만, 둘 다 매우 많은 수의 원자를 다루고 있다.
전자 구성
전자는 원자핵 주위에 지각 껍데기를 형성한다.이들은 보통 접지 상태이지만 빛(광자), 자기장 또는 충돌 입자(일반적으로 이온 또는 기타 전자)와의 상호작용에서 에너지를 흡수함으로써 들뜨게 될 수 있습니다.
껍데기를 채우는 전자는 결합 상태에 있다고 한다.전자를 껍질에서 제거하는 데 필요한 에너지는 결합 에너지라고 불립니다.이 양을 초과하는 전자에 의해 흡수되는 에너지의 양은 에너지 보존에 따라 운동 에너지로 변환된다.그 원자는 이온화 과정을 거쳤다고 한다.
전자가 결합 에너지보다 적은 양의 에너지를 흡수하면 들뜬 상태로 이행한다.일정 시간이 지나면 들뜬 상태의 전자는 낮은 상태로 "점프"됩니다.중성 원자에서는 에너지가 보존되기 때문에 시스템이 에너지 차이의 광자를 방출합니다.
만약 내부 전자가 결합 에너지보다 더 많은 것을 흡수했다면(원자가 이온화되도록), 더 많은 외부 전자가 내부 오비탈을 채우기 위한 전환을 겪을 수 있습니다.이 경우 가시광자 또는 특징적인 X선이 방출되거나 방출된 에너지가 다른 결합 전자로 전달되어 연속체에 들어가는 오거 효과로 알려진 현상이 발생할 수 있다.오거 효과는 단일 광자로 원자를 증식시킬 수 있게 해준다.
빛에 의한 들뜸에 의해 도달할 수 있는 전자 구성에 대해서는 다소 엄격한 선택 규칙이 있지만 충돌 프로세스에 의한 들뜸에 대한 규칙은 없습니다.
역사와 발전
원자물리학의 초기 단계 중 하나는 물질이 원자로 구성되어 있다는 인식이었다.그것은 카나드가 쓴 데모크리투스나 비시히카 수트라와 같이 기원전 6세기에서 2세기에 쓰여진 문헌의 일부를 형성한다.이 이론은 후에 18세기에 영국의 화학자이자 물리학자 존 달튼에 의해 화학 원소의 기본 단위라는 현대적인 의미에서 발전되었다.이 단계에서는 원자가 무엇인지는 명확하지 않았다. 비록 원자들이 (대량) 특성에 의해 묘사되고 분류될 수 있었지만.멘델레예프에 의한 원소 주기계의 발명은 또 하나의 큰 진전이었다.
원자 물리학의 진정한 시작은 스펙트럼 라인의 발견과 현상을 설명하려는 시도로 특징지어지는데, 특히 요제프 폰 프라운호퍼에 의해 두드러진다.이 선들의 연구는 보어 원자 모형과 양자 역학의 탄생으로 이어졌다.원자 스펙트럼을 설명하기 위해 완전히 새로운 물질의 수학적 모델이 밝혀졌다.원자와 그 전자 껍질에 관한 한, 이것은 더 나은 전체적인 기술, 즉 원자 궤도 모델을 산출했을 뿐만 아니라 화학(양자 화학)과 분광학에 대한 새로운 이론적 기초를 제공했다.
제2차 세계대전 이후 이론 분야와 실험 분야가 모두 빠른 속도로 발전했다.이는 컴퓨팅 기술의 진보에 기인할 수 있으며, 이로 인해 원자 구조와 관련된 충돌 프로세스의 더 크고 정교한 모델이 가능해졌습니다.가속기, 검출기, 자기장 발생 및 레이저의 유사한 기술적 진보는 실험 작업에 큰 도움을 주었다.
중요한 원자 물리학자
- 선행 양자 역학
- 포스트 양자역학
「 」를 참조해 주세요.
참고 문헌
- Bransden, BH; Joachain, CJ (2002). Physics of Atoms and Molecules (2nd ed.). Prentice Hall. ISBN 978-0-582-35692-4.
- Foot, CJ (2004). Atomic Physics. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850696-6.
- Herzberg, Gerhard (1979) [1945]. Atomic Spectra and Atomic Structure. New York: Dover. ISBN 978-0-486-60115-1.
- Condon, E.U. & Shortley, G.H. (1935). The Theory of Atomic Spectra. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-09209-8.
- Cowan, Robert D. (1981). The Theory of Atomic Structure and Spectra. University of California Press. ISBN 978-0-520-03821-9.
- Lindgren, I. & Morrison, J. (1986). Atomic Many-Body Theory (Second ed.). Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-16649-0.
레퍼런스
- ^ Demtröder, W. (2006). Atoms, molecules and photons : an introduction to atomic-, molecular-, and quantum-physics. Berlin: Springer. ISBN 978-3-540-32346-4. OCLC 262692011.
