Physique atomique

La physique atomique analyse la structure des atomes du noyau atomique et de la couche électronique, et l’interaction des atomes et des ions avec d’autres atomes ou ions avec des solides, avec un rayonnement électromagnétique, avec des champs électriques et magnétiques.

La physique atomique est une branche de la physique qui traite de la physique de la coquille atomique et des processus qui s’y déroulent. Elle examine la distribution des électrons sur les niveaux d’énergie de la mécanique quantique et décrit ainsi les raies spectrales observées des atomes, la structure du tableau périodique des éléments et la base de compréhension de la liaison chimique.

La physique atomique est souvent confondue avec la physique nucléaire, qui traite de la structure du noyau atomique; la physique atomique considère le noyau atomique comme un élément constitutif qui ne peut pas être subdivisé davantage.

(Dans le modèle de Bohr, est représentée la transition d’un électron avec n = 3 à la coquille n = 2, où un photon est émis. Un électron de la coque (n = 2) doit avoir été préalablement éliminé par ionisation. )

Histoire

L’idée que toute matière est composée des plus petites particules, les atomes, se retrouve déjà dans la philosophie naturelle de l’Antiquité, par exemple chez Leukippe et son élève Démocrite. Il n’a été prouvé empiriquement qu’au XIXe siècle par des études de John Dalton, Joseph Louis Gay-Lussac et Ludwig Boltzmann. Avec le développement de la spectroscopie, la question de la structure interne et de la dynamique des atomes s’est posée. Cela a finalement conduit au développement de la mécanique quantique, car la physique classique a complètement échoué ici.

Physique atomique moderne

Le domaine de recherche le plus important en physique atomique aujourd’hui est l’optique quantique. Souvent, seul ce terme est utilisé entre-temps afin d’éviter le risque de confusion mentionné ci-dessus entre physique atomique et nucléaire. L’optique quantique traite, entre autres, des mesures de précision des niveaux d’énergie atomique, à partir desquelles les constantes naturelles peuvent être déterminées avec une grande précision et des théories fondamentales peuvent être testées. Les recherches sur les atomes exotiques permettent d’ aborder les questions de physique nucléaire et élémentaire des particules par des méthodes de physique atomique. Une tentative est faite pour observer les processus dynamiques dans la couche électronique directement avec des impulsions lumineuses ultracourtes. Dans les pièges à ions des atomes ionisés uniques peuvent être piégés sur une longue période et examinés avec la plus grande précision. Le développement du refroidissement laser et du piège magnéto-optique a permis d’étudier des gaz ultra-froids et des condensats de Bose-Einstein , mais aussi des isotopes extrêmement rares.

La physique atomique a engendré une grande variété d’applications, y compris le laser ou l’ horloge atomique. Les méthodes d’investigation initialement développées pour les expériences de physique atomique ont maintenant trouvé des applications qui vont bien au-delà, comme la résonance magnétique nucléaire en imagerie médicale, la spectroscopie d’absorption et d’émission en analyse chimique ou la spectroscopie photoélectronique en science des matériaux.