原子物理学

原子物理学原子学是研究原子结构的科学能源态，以及它与其他粒子、电场和磁场的相互作用。原子物理学已被证明是一个非常成功的应用量子力学，这是一个基石现代物理．

这个概念事由基本积木组成的世界可以追溯到古希腊人，他们推测土、空气、火和水可能构成构成物质世界的基本元素。他们还发展了关于物质终极性质的各种思想流派。也许最引人注目的是原子论者古希腊人建立的学校Leucippus米利都和德谟克利特色雷斯的大约440人公元前．纯粹出于哲学上的原因，在没有实验证据的情况下，他们提出了物质由不可分割、不可摧毁的原子组成的概念。原子在不停地运动运动穿过周围的空间，像台球一样相互碰撞，很像现代的气体动力学理论．然而，原子之间存在空隙(或真空)的必要性提出了新的问题，这些问题不容易回答。由于这个原因，原子论的观点被否定了亚里士多德雅典学派支持概念那个物质是连续的。尽管如此，这个想法仍然存在，400年后，它再次出现在罗马诗人的作品中卢克莱修在他的工作De rerum natural（论事物的本质）.

在进一步提出物质可能由微小物质构成这一观点方面，他们所做的工作不多粒子直到17世纪。英国物理学家艾萨克·牛顿在他的数学原理(1687)提出波义耳氏定律，即a的压强和体积的乘积气体在相同的温度下是恒定的，如果假设气体是由粒子组成，就可以解释。1808年，英国化学家约翰·道尔顿提出每种元素都由相同的原子组成，1811年，这位意大利物理学家阿米地奥•阿伏伽德罗假设元素的粒子可能由两个或两个以上的原子粘在一起组成。阿伏加德罗称之为企业集团分子，并且，在实验工作的基础上，他推测气体中的分子为氢或氧气是由原子对形成的。

在19世纪，发展了有限数量元素的概念，每个元素由一种特定类型的元素组成原子它们可以以几乎无限的方式结合形成化学物质化合物．在本世纪中叶气体动力学理论成功地将这种现象归结为压力而且粘度气体的原子和分子粒子的运动。到1895年，越来越多的化学证据和动力学理论的成功使人们确信原子和分子是真实存在的。

然而，原子的内部结构直到20世纪初，在这位英国物理学家的努力下才变得清晰起来欧内斯特·卢瑟福还有他的学生。在卢瑟福的努力之前，一个流行的原子模型是所谓的“葡萄干布丁模型由英国物理学家提倡约瑟夫·约翰·汤姆森该理论认为每个原子由若干个原子组成电子(李子)嵌入式在带正电荷的凝胶中(布丁);电子所带的总负电荷恰好与总正电荷相等，从而形成一个电中性的原子。卢瑟福进行了一系列的散射实验汤姆森的模型．卢瑟福观察到，当一束阿尔法粒子(现在已知是氦原子核)撞击薄金箔时，一些粒子向后偏转。如此大的偏转与葡萄干布丁模型不一致。

这项工作导致了卢瑟福的原子模型在这个过程中，一个带正电荷的重原子核被一团轻电子包围着。原子核由正电荷组成质子电中性中子，每一个的质量大约是地球的1836倍电子．由于原子是如此微小，它们的性质必须通过间接的实验技术来推断。其中最主要的是光谱学，用于测量和解释电磁辐射由原子跃迁时释放的或吸收的能量状态到另一个地方。每一个化学元素以独特的波长辐射能量，这反映了它们的原子结构。通过以下程序波动力学，原子在各种能态下的能量和它们发出的特征波长可以从某些基本物理常数——即电子质量和电荷、原子的速度——计算出来光,普朗克常数．基于这些基本常数，数值预测量子力学可以解释大多数观察到的不同原子的性质。特别是，量子力学提供了对宇宙中元素排列的深刻理解元素周期表，例如，显示表中同一列中的元素应该具有相似的属性。

近年来的威力和精度激光已经彻底改变了场原子物理。一方面，激光极大地提高了测量原子特征波长的精度。例如，现代的标准时间频率是基于原子中跃迁频率的测量铯（看到原子钟)，以及米作为单位长度，现在是有关频率的测量通过光速．此外，激光已经使在电磁阱中隔离单个原子并将它们冷却到近距离的全新技术成为可能绝对零度．当原子基本上静止在陷阱中时，它们可以经历量子力学相变，形成一种超流体，称为a“bose - einstein”冷凝，同时以稀释气体的形式存在。在这种物质的新状态下，所有的原子都是一样的连贯的量子态。结果，原子失去了它们各自的特性，它们的量子力学波状特性成为主导。然后，整个凝聚体作为一个单一连贯的实体(就像一群鱼)来响应外部影响，而不是作为单个原子的集合。最近的研究表明，相干原子束可以从阱中提取出来，形成一个“原子激光”类似的相干光子束在常规的激光．原子激光器仍处于发展的早期阶段，但它有潜力成为制造微电子和其他纳米级器件的未来技术的关键元素。