원자·분자·광학

원자, 분자, 광학 물리학(AMO)은 물질과 빛 물질의 상호작용을 연구하는 학문으로, 한 개 또는 몇 개의^[1] 원자와 여러 개의 전자 ^[2]^{: 1356}^[3]볼트 주변의 에너지 척도로 이루어진다.그 세 영역은 밀접하게 관련되어 있다.AMO 이론은 고전적, 반고전적, 양자적 처리를 포함한다.일반적으로 들뜬 원자와 분자에 의한 전자파 복사(빛)의 방출, 흡수, 산란, 분광학 분석, 레이저와 메자의 생성, 물질의 광학적 성질에 대한 이론과 응용이 이러한 범주에 속한다.

원자 및 분자 물리학

원자물리학은 원자를 전자와 원자핵의 고립된 시스템으로 연구하는 AMO의 하위 분야인 반면, 분자물리학은 분자의 물리적 특성에 대한 연구입니다.원자물리학이라는 용어는 표준 영어에서 원자력과 핵폭탄의 동의어 사용 때문에 종종 원자력과 핵폭탄과 관련이 있다.하지만, 물리학자들은 원자 물리학과 원자핵과 전자로 구성된 시스템으로 원자를 다루는 원자 물리학과 원자핵만을 고려하는 원자 물리학을 구분한다.중요한 실험 기술은 다양한 유형의 분광학이다.분자물리학은 원자물리학과 밀접한 관련이 있지만 이론화학, 물리화학,^[4] 화학물리학과도 크게 겹친다.

두 서브필드 모두 주로 전자구조와 이러한 배치가 변경되는 동적 프로세스에 관련되어 있습니다.일반적으로 이 작업은 양자역학을 사용하는 것을 포함한다.분자물리학에서, 이 접근법은 양자화학으로 알려져 있다.분자 물리학의 한 가지 중요한 측면은 원자 물리학 분야에서 필수적인 원자 궤도 이론이 분자 궤도 ^[5]이론으로 확장된다는 것입니다.분자물리학은 분자의 원자 과정과 관련이 있지만, 분자 구조에 의한 영향과 관련이 있다.원자로부터 알려진 전자 들뜸 상태 외에도, 분자는 회전하고 진동할 수 있다.이러한 회전과 진동은 양자화되어 개별 에너지 레벨이 있습니다.서로 다른 회전 상태 간에 가장 작은 에너지 차이가 존재하므로 순수 회전 스펙트럼은 전자기 스펙트럼의 원적외선 영역(약 30~150µm 파장)에 있다.진동 스펙트럼은 근적외선(약 1~5µm)에 있으며, 전자 천이로 인한 스펙트럼은 대부분 가시 영역과 자외선 영역에 있다.원자핵 사이의 거리와 같은 분자의 회전 및 진동 스펙트럼 특성을 측정함으로써 계산할 ^[6]수 있다.

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.

광학 물리학

광학물리학은 전자기 방사선의 발생, 방사선의 특성, 물질과의 상호작용,^[7] 특히 전자기 방사선의 조작과 ^[8]제어에 대한 연구입니다.새로운 현상을 발견하고 응용하는 데 초점을 맞춘다는 점에서 일반 광학 및 광학 공학과 다르다.그러나 광학물리학의 기초연구를 위해서는 광학공학과 응용광학이 필수적이며, 그 연구가 새로운 소자와 응용의 개발로 이어지기 때문에 광학물리학, 응용광학, 응용광학과는 큰 차이가 없다.종종 같은 사람들이 기초 연구와 응용 기술 개발에 관여한다. 예를 들어 S. E. Harris의 전자파 유도 투명성 실험과 Harris와 Lene Vestergaard ^[9]^[10]Hau의 느린 빛 실험 시연이다.

광학 물리학의 연구원들은 전자파에서 X선에 이르는 전자파 스펙트럼을 포괄하는 광원을 사용하고 개발한다.이 분야에는 빛의 생성과 검출, 선형 및 비선형 광학 프로세스, 분광학 등이 포함됩니다.레이저와 레이저 분광법은 광학 과학을 변화시켰다.광학물리학의 주요 연구는 양자광학과 일관성, 그리고 펨토초 ^[1]광학에도 집중되어 있다.광학물리학에서는 극단 전자기장에 대한 고립된 원자의 비선형 응답, 높은 자기장에서의 원자-공동상호작용 및 ^[11]전자장의 양자특성 등의 영역에서도 지원이 제공된다.

다른 중요한 연구 분야에는 나노 광학 측정, 회절 광학, 저간접 간섭계, 광학 간섭 단층 촬영, 근거리 현미경 검사를 위한 새로운 광학 기술의 개발이 포함됩니다.광학 물리학 연구는 초고속 광학 과학과 기술에 중점을 두고 있다.광물리학의 응용은 통신, 의학, 제조,^[12] 그리고 엔터테인먼트 분야에서 발전을 가져온다.

역사

수소 원자의 보어 모형

원자물리학의 초기 단계 중 하나는 물질이 원자로 구성되어 있다는 것을 인식한 것이고, 현대 용어로는 화학 원소의 기본 단위이다.이 이론은 18세기에 John Dalton에 의해 개발되었다.이 단계에서는 원자가 무엇인지 명확하지 않았다. 비록 원자가 대량으로 관측 가능한 특성으로 설명되고 분류될 수 있었지만, 19세기 ^[13]중후반 존 뉴랜즈와 드미트리 멘델레예프가 개발한 주기율표에 의해 요약되었다.

나중에, 스펙트럼 라인의 발견과 현상을 설명하려는 시도 - 특히 19세기의 ^[14]요제프 폰 프라운호퍼, 프레넬, 그리고 다른 사람들에 의해, 원자 물리학과 광학 물리학 사이의 연관성이 명백해졌다.

그 때부터 1920년대까지, 물리학자들은 원자 스펙트럼과 흑체 방사선에 대해 설명하려고 했다.수소 스펙트럼 라인을 설명하기 위한 한 가지 시도는 보어 원자 ^[13]모형이었다.

헬륨의 미지의 원소로 인한 광전 효과, 콤프턴 효과 및 햇빛 스펙트럼, 수소에 대한 Bohr 모델의 한계 및 기타 수많은 이유와 같은 전자파 방사선과 물질을 포함한 실험은 물질과 빛에 대한 완전히 새로운 수학적 모델인 양자 ^[15]역학으로 이어진다.

물질의 고전적인 발진기 모델

굴절률의 기원을 설명하기 위한 초기 모델들은 폴 드루드와 헨드릭 로렌츠의 모델에 따라 전형적으로 원자 시스템의 전자를 다루었다.이 이론은 물질의 파장 의존 굴절률 n의 원점을 제공하기 위해 개발되었습니다.이 모델에서는 입사 전자파가 원자에 결합되어 있는 전자를 진동시키도록 강요했다.진동 진폭은 입사 전자파의 주파수 및 발진기의 공진 주파수와 관계가 있습니다.많은 발진기에서 방출된 파동이 겹치면 파동이 더 느리게 움직이게 됩니다.^[16]^{: 4–8}

물질과 빛의 초기 양자 모형

막스 플랑크는 1900년 ^[16]^{: 8–9}열평형 상태에 있을 때 상자 안의 전자기장을 설명하는 공식을 도출했다.그의 모델은 고정된 파도의 중첩으로 구성되었다.하나의 차원에서는, 박스는 길이 L을 가지며, 파수의 사인파만 가진다.

k=syslogfrac {n\pi}{L

는 박스 내에서 발생할 수 있습니다.여기서 n은 양의 정수(수학적으로 n $\scriptstyle n\in \mathbb {N} _{1}$ N $\scriptstyle n\in \mathbb {N} _{1}$ \ $displaystyle \scriptstyle$ n \ $in$ \ $mathbb$ { $N } _$ {1 $}$ )입니다.이러한 정상파를 설명하는 방정식은 다음과 같습니다.

E=E_{0}\sin \left({\frac {n\pi }{L}}x\right)\,\!

E=E_{0}\sin \left({\frac {n\pi }{L}}x\right)\,\!

E=E_{0}\sin \left({\frac {n\pi }{L}}x\right)\,\!

E=E_{0}\sin \left({\frac {n\pi }{L}}x\right)\,\!

sin (

E=E_{0}\sin \left({\frac {n\pi }{L}}x\right)\,\!

E=E_{0}\sin \left({\frac {n\pi }{L}}x\right)\,\!

L x

E=E_{0}\sin \left({\frac {n\pi }{L}}x\right)\,\!

) {

displaystyle

E =

E

_ {

0

} \

sin

\

frac { n

\

pi

} {

L

}

x

\

right

} , \ !

E=E_{0}\sin \left({\frac {n\pi }{L}}x\right)\,\!

}

여기서₀ E는 전계 진폭의 크기이고, E는 위치 x에서의 전계의 크기이다. 이 기본에서 플랑크의 법칙이 ^[16]^{: 4–8, 51–52}도출되었다.

1911년, 어니스트 러더포드는 알파 입자 산란을 바탕으로 원자가 중심점과 같은 양성자를 가지고 있다는 결론을 내렸다.그는 또한 쿨롱의 법칙에 의해 전자가 여전히 양성자에 끌릴 것이라고 생각했고, 그는 그것이 여전히 작은 규모로 유지된다는 것을 증명했다.그 결과, 그는 전자가 양성자 주위를 돈다고 믿었다.닐스 보어는 1913년에 원자의 러더포드 모형과 플랑크의 양자화 아이디어를 결합했다.전자의 구체적이고 명확한 궤도만이 존재할 수 있으며, 이 궤도들 역시 빛을 방출하지 않는다.점프 궤도에서 전자는 궤도의 에너지 차이에 해당하는 빛을 방출하거나 흡수할 것이다.에너지 수준에 대한 그의 예측은 ^[16]^{: 9–10}관측과 일치했다.

특정 정상파의 이산 세트에 기초한 이러한 결과는 연속적인 고전적 발진기 모델과 ^[16]^{: 8}일관성이 없었다.

1905년 알버트 아인슈타인에 의한 광전효과에 대한 연구는 주파수 $δ(\$ style\nu $)$ 와 $h\nu$ h $h\nu$ δ(\ $style$ h $\nu$ 의 광파를 연관시켰다. 1917년 아인슈타인은 자극방출, 자연방출 및 복근의 세 가지 과정을 도입함으로써 보어스 모델의 확장을 만들었다.오리엔테이션(전자파 ^[16]^{: 11}복사).

고립된 원자 및 분자

원자, 분자, 광학 물리학은 종종 원자와 분자를 분리해서 생각한다.원자 모형은 하나 이상의 결합 전자에 의해 둘러싸일 수 있는 단일 핵으로 구성될 것이고, 분자 모형은 전형적으로 수소 분자와 수소 분자 이온과 관련이 있습니다.그것은 이온화, 광자에 의한 임계 이온화 및 들뜸 또는 원자 입자와 충돌과 같은 과정과 관련이 있다.

고립된 원자를 모델링하는 것은 현실적이지 않은 것처럼 보일 수 있지만, 만약 기체나 플라즈마 내의 분자를 고려한다면, 분자-분자 상호작용에 대한 시간 스케일은 우리가 우려하는 원자 및 분자 과정에 비해 크다.이것은 개별 분자가 대부분의 시간 동안 각각 고립된 것처럼 취급될 수 있다는 것을 의미한다.이러한 고려에 의해 원자 및 분자 물리학은 플라즈마 물리학과 대기 물리학의 기초 이론을 제공하지만 둘 다 엄청난 양의 분자를 다루고 있다.

전자 구성

전자는 원자핵 주위에 지각 껍데기를 형성한다.이것들은 본래 접지 상태에 있지만 빛(광자), 자기장 또는 충돌하는 입자(일반적으로 다른 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 결합에너지보다 적은 양의 에너지를 흡수하면 들뜬 상태 또는 가상 상태로 이행할 수 있다.통계적으로 충분한 시간이 지나면 들뜬 상태의 전자는 자연방출에 의해 낮은 상태로 이행한다.두 에너지 수준 사이의 에너지 변화를 고려해야 합니다(에너지 절약).중성 원자에서, 시스템은 에너지 차이의 광자를 방출할 것이다.하지만, 만약 낮은 상태가 내부 쉘에 있다면, 오거 효과로 알려진 현상은 에너지가 다른 결합 전자로 전달되어 연속체로 들어가는 현상이 일어날 수 있습니다.이것은 하나의 광자로 원자를 증식시킬 수 있게 해준다.

빛에 의한 여자로 도달할 수 있는 전자 구성에 대해서는 엄격한 선택 규칙이 있지만 충돌 프로세스에 의한 여자에 대한 규칙은 없습니다.

「」를 참조해 주세요.

메모들

^ ^a ^b Atomic, molecular, and optical physics. National Academy Press. 1986. ISBN 978-0-309-03575-0.
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Editor: Gordon Drake (Various authors) (1996). Handbook of atomic, molecular, and optical physics. Springer. ISBN 978-0-387-20802-2. {{cite book}}: author=범용명(도움말)이 있습니다.
^ Chen, L. T., ed. (2009). Atomic, Molecular and Optical Physics: New Research. Nova Science Publishers. ISBN 978-1-60456-907-0.
^ C.B. Parker (1994). McGraw Hill Encyclopaedia of Physics (2nd ed.). McGraw Hill. p. 803. ISBN 978-0-07-051400-3.
^ R. E. Dickerson; I. Geis (1976). "chapter 9". Chemistry, Matter, and the Universe. W.A. Benjamin Inc. (USA). ISBN 978-0-19-855148-5.
^ I.R. Kenyon (2008). "chapters 12, 13, 17". The Light Fantastic – Introduction to Classic and Quantum Optics. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-856646-5.
^ Y. B. Band (2010). "chapters 3". Light and Matter: Electromagnetism, Optics, Spectroscopy and Lasers. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-89931-0.
^ "Optical Physics". University of Arizona. Retrieved Apr 23, 2014.
^ "Slow Light". Science Watch. Retrieved Jan 22, 2013.
^ Y.B. Band (2010). "chapters 9,10". Light and Matter: Electromagnetism, Optics, Spectroscopy and Lasers. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-89931-0.
^ C.B. Parker (1994). McGraw Hill Encyclopaedia of Physics (2nd ed.). McGraw Hill. pp. 933–934. ISBN 978-0-07-051400-3.
^ I. R. Kenyon (2008). "5, 6, 10, 16". The Light Fantastic – Introduction to Classic and Quantum Optics (2nd ed.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-856646-5.
^ ^a ^b R. E. Dickerson; I. Geis (1976). "chapters 7, 8". Chemistry, Matter, and the Universe. W.A. Benjamin Inc. (USA). ISBN 978-0-19-855148-5.
^ Y.B. Band (2010). Light and Matter: Electromagnetism, Optics, Spectroscopy and Lasers. John Wiley & Sons. pp. 4–11. ISBN 978-0-471-89931-0.
^ P. A. Tipler; G. Mosca (2008). "chapter 34". Physics for Scientists and Engineers - with Modern Physics. Freeman. ISBN 978-0-7167-8964-2.
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ Haken, H. (1981). Light (Reprint. ed.). Amsterdam u.a.: North-Holland Physics Publ. ISBN 978-0-444-86020-0.

레퍼런스

Bransden, B. H.; Joachain, CJ (2002). Physics of Atoms and Molecules (2nd ed.). Prentice Hall. ISBN 978-0-582-35692-4.
Foot, C. J. (2004). Atomic Physics. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850696-6.
Herzberg, G. (1979) [1945]. Atomic Spectra and Atomic Structure. 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.
J. R. Hook; H. E. Hall (2010). Solid State Physics (2nd ed.). Manchester Physics Series, John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-92804-1.
P. W. Atkins (1978). Physical chemistry. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-855148-5.
Y. B. Band (2010). Light and Matter: Electromagnetism, Optics, Spectroscopy and Lasers. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-89931-0.
I. R. Kenyon (2008). The Light Fantastic – Introduction to Classic and Quantum Optics. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-856646-5.
T.Hey, P.Walters (2009). The New Quantum Universe. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-56457-1.
R. Loudon (1996). The Quantum Theory of Light. Oxford University Press (Oxford Science Publications). ISBN 978-0-19-850177-0.
R. Eisberg; R. Resnick (1985). Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles (2nd ed.). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-87373-0.
P.W. Atkins (1974). Quanta: A handbook of concepts. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-855493-6.
E. Abers (2004). Quantum Mechanics. Pearson Ed., Addison Wesley, Prentice Hall Inc. ISBN 978-0-13-146100-0.
P.W. Atkins (1977). Molecular Quantum Mechanics Parts I and II: An Introduction to QUANTUM CHEMISTRY (Volume 1). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-855129-4.
P.W. Atkins (1977). Molecular Quantum Mechanics Part III: An Introduction to QUANTUM CHEMISTRY (Volume 2). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-855129-4.
솔리드 스테이트 물리 (제2판), J.R. Hook, H.E. Hall, Manchester Physics Series, John Wiley & Sons, 2010, ISBN 978 0 471 92804 1
빛과 물질: 전자기, 광학, 분광학 및 레이저, Y.B. Band, John Wiley & Sons, 2010, ISBN 978-0471-89931-0
The Light Fantastic – Classic and Quantum Optics, I.R. Kenyon, 2008, ISBN 978-0-19-856646-5
원자·분자·광물리학 핸드북, 편집자: Gordon Drake, Springer, 다양한 저자, 1996, ISBN 0-387-20802-X
Fox, Mark (2010). Optical properties of solids. Oxford New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-957336-3.

외부 링크

기관

[nap-1] Atomic, molecular, and optical physics. National Academy Press. 1986. ISBN 978-0-309-03575-0.

[Drake-2] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Editor: Gordon Drake (Various authors) (1996). Handbook of atomic, molecular, and optical physics. Springer. ISBN 978-0-387-20802-2. {{cite book}}: author=범용명(도움말)이 있습니다.

[chen-3] Chen, L. T., ed. (2009). Atomic, Molecular and Optical Physics: New Research. Nova Science Publishers. ISBN 978-1-60456-907-0.

[4] C.B. Parker (1994). McGraw Hill Encyclopaedia of Physics (2nd ed.). McGraw Hill. p. 803. ISBN 978-0-07-051400-3.

[5] R. E. Dickerson; I. Geis (1976). "chapter 9". Chemistry, Matter, and the Universe. W.A. Benjamin Inc. (USA). ISBN 978-0-19-855148-5.

[6] I.R. Kenyon (2008). "chapters 12, 13, 17". The Light Fantastic – Introduction to Classic and Quantum Optics. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-856646-5.

[7] Y. B. Band (2010). "chapters 3". Light and Matter: Electromagnetism, Optics, Spectroscopy and Lasers. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-89931-0.

[8] "Optical Physics". University of Arizona. Retrieved Apr 23, 2014.

[9] "Slow Light". Science Watch. Retrieved Jan 22, 2013.

[10] Y.B. Band (2010). "chapters 9,10". Light and Matter: Electromagnetism, Optics, Spectroscopy and Lasers. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-89931-0.

[11] C.B. Parker (1994). McGraw Hill Encyclopaedia of Physics (2nd ed.). McGraw Hill. pp. 933–934. ISBN 978-0-07-051400-3.

[12] I. R. Kenyon (2008). "5, 6, 10, 16". The Light Fantastic – Introduction to Classic and Quantum Optics (2nd ed.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-856646-5.

[R.E._Dickerson,_I._Geis_1976-13] R. E. Dickerson; I. Geis (1976). "chapters 7, 8". Chemistry, Matter, and the Universe. W.A. Benjamin Inc. (USA). ISBN 978-0-19-855148-5.

[14] Y.B. Band (2010). Light and Matter: Electromagnetism, Optics, Spectroscopy and Lasers. John Wiley & Sons. pp. 4–11. ISBN 978-0-471-89931-0.

[15] P. A. Tipler; G. Mosca (2008). "chapter 34". Physics for Scientists and Engineers - with Modern Physics. Freeman. ISBN 978-0-7167-8964-2.

[Haken-16] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ Haken, H. (1981). Light (Reprint. ed.). Amsterdam u.a.: North-Holland Physics Publ. ISBN 978-0-444-86020-0.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

v t 물리학과
디비전	순수하다 응용의 공학 기술
접근	실험적인 이론적인 계산
고전적인	고전 역학 뉴턴의 분석적 천상의 연속체 음향학 고전 전자기학 고전 광학 광선 파도. 열역학 통계 불균형평형
현대의	상대론적 역학 스페셜 일반 핵물리학 양자역학 입자 물리학 원자·분자·광학 아토믹 분자의 현대 광학 응집 물질 물리학
학제간	천체 물리학 대기 물리학 생물 물리학 화학 물리학 지구물리학 재료과학 수리 물리학 의학물리학 해양 물리학 양자정보과학
관련된	물리학의 역사 노벨 물리학상 물리 교육 물리학 발견 연표

Search

원자·분자·광학

네임스페이스

더

목차

원자 및 분자 물리학

광학 물리학

역사

물질의 고전적인 발진기 모델

물질과 빛의 초기 양자 모형

최신 치료법

고립된 원자 및 분자

전자 구성

「」를 참조해 주세요.

메모들

레퍼런스

외부 링크

기관

Search

원자·분자·광학

원자 및 분자 물리학

광학 물리학

역사

물질의 고전적인 발진기 모델

물질과 빛의 초기 양자 모형

최신 치료법

고립된 원자 및 분자

전자 구성

「 」를 참조해 주세요.

메모들

레퍼런스

외부 링크

기관

「」를 참조해 주세요.