Fizică atomică

        Fizica atomică este o ramură a fizicii microscopice ce se ocupă cu studiul atomilor ca un sistem izolat de electroni și un nucleu atomic. În principal se studiază aranjarea electronilor în jurul nucleului. De asemenea, se studiază și procesul prin care aranjarea electronilor se modifică. Aceasta include și ionii și atomii neutrii.

Termenul de fizică atomică este cel mai des asociat cu fizica nucleară, deoarece în general atomic și nuclear sunt sinonime pentru majoritatea populației. Specialiștii fizicieni diferențiază fizica atomică și fizica nucleară. În cazul fizicii nucleare se studiază strict numai nucleul atomului.

        În cadrul fizicii atomice, atomii sunt întotdeauna considerați izolați – un singur nucleu înconjurat de unul sau mai mulți electroni legați. Din acest motiv nu se studiază formarea moleculelor, nici nu se examinează atomii în stadiu solid sau în materie condensată. Se studiază procese precum ionizarea și excitarea de către fotoni sau coliziunea cu particule atomice.

Modelarea atomilor în izolare nu pare realistă, însă atomii din gaz și plasmă interacționează între ei pe o durată de timp enormă în comparație cu procesele atomice studiate. Astfel, atomii pot fi considerați izolați. Fizica atomică oferă bazele teoriei ce se folosește în fizica plasmei și fizica atmosferei.

         Configurația electronilor se referă la aranjarea electronilor în cadrul unui atom. Precum alte particule elementare, electronii sunt supuși legilor mecanicii cuantice. Stările cuantice ale unui electron sunt date de funcția undă cu valori în spațiu și timp.

Electronii se mută dintr-un nivel de energie în altul numai prin emisia sau absorbția de energie cuantică – sub forma de foton.

Cunoașterea configurației electronilor într-un atom are aplicații în înțelegerea structurii tabelului periodic din chimie. De asemenea, aceste date se folosesc pentru descrierea legăturilor chimice ce fac atomii să se țină apropiați. În același fel se pot explica și unele proprietăți ciudate ale laserelor și a semiconductoarelor.

          Un sistem mecanic cuantic poate avea numai anumite stări. În consecință numai anumite nivele de energie sunt posibile. Nivelul de energie se referă, în general, la configurația electronilor în atomi sau molecule. Spectrul de energie poate fi cuantificat. Deci, nivelul de energie este o cantitate măsurabilă utilizată pentru descriere ansamblului de sisteme mecanice cuantice în fizică. Nivelul de energie poate fi numit „degenerat” dacă același nivel este obținut de mai multe stări ale sistemului mecanic cuantic.

           Nivelul de energie este întotdeauna definit. Măsurarea valorii în sine nu are sens. Ceea ce are sens este măsurarea diferenței dintre două nivele de energie A și B. Astfel se poate determina câtă energie este necesară pentru trecerea din starea A în starea B. Diferența de nivel de energie între electroni ne permite să calculăm spectrul de emisie și de absorbție a atomilor în interacțiunea cu fotoni.