Physique atomique
La physique atomique est le domaine de la physique qui étudie les atomes comme un système isolé d'électrons et un noyau atomique. Elle s'intéresse principalement à la disposition des électrons autour du noyau et aux processus par lesquels cette disposition change. Cela inclut les ions ainsi que les atomes neutres et, sauf indication contraire, pour les besoins de cette discussion, il faut supposer que le terme "atome" inclut les ions.
Le terme de physique atomique est souvent associé à l'énergie nucléaire et aux bombes nucléaires, en raison de l'utilisation synonyme d'atomique et de nucléaire dans l'anglais standard. Cependant, les physiciens font une distinction entre la physique atomique - qui traite l'atome comme un système composé d'un noyau et d'électrons - et la physique nucléaire, qui considère les noyaux atomiques seuls.
Comme dans de nombreux domaines scientifiques, la délimitation stricte peut être très artificielle et la physique atomique est souvent considérée dans le contexte plus large de la physique atomique, moléculaire et optique. Les groupes de recherche en physique sont généralement classés de cette manière.
Les atomes isolés
La physique atomique considère toujours les atomes de manière isolée. Les modèles atomiques seront constitués d'un seul noyau qui peut être entouré d'un ou de plusieurs électrons liés. Elle ne s'intéresse pas à la formation des molécules (bien qu'une grande partie de la physique soit identique), ni à l'examen des atomes à l'état solide en tant que matière condensée. Elle s'intéresse à des processus tels que l'ionisation et l'excitation par des photons ou les collisions avec des particules atomiques.
Bien que la modélisation des atomes isolément puisse sembler irréaliste, si l'on considère les atomes dans un gaz ou un plasma, les échelles de temps pour les interactions entre atomes sont énormes par rapport aux processus atomiques généralement considérés. Cela signifie que les différents atomes peuvent être traités comme si chacun d'entre eux était isolé, comme ils le sont la plupart du temps. Par cette considération, la physique atomique fournit la théorie sous-jacente de la physique des plasmas et de la physique de l'atmosphère, même si les deux traitent d'un très grand nombre d'atomes.
Configuration électronique
Les électrons forment des coquilles fictives autour du noyau. Ils sont naturellement à l'état de masse, mais peuvent être excités par l'absorption d'énergie de la lumière (photons), des champs magnétiques ou par l'interaction avec une particule en collision (généralement d'autres électrons).
On dit que les électrons qui peuplent une coquille sont dans un état lié. L'énergie nécessaire pour retirer un électron de sa coquille (l'amener à l'infini) est appelée l'énergie de liaison. Toute quantité d'énergie absorbée par l'électron en excès de cette quantité est convertie en énergie cinétique selon la conservation de l'énergie. On dit que l'atome a subi le processus d'ionisation.
Si l'électron absorbe une quantité d'énergie inférieure à l'énergie de liaison, il passera à un état excité. Après un laps de temps statistiquement suffisant, un électron à l'état excité passera à un état inférieur. Le changement d'énergie entre les deux niveaux d'énergie doit être pris en compte (conservation de l'énergie). Dans un atome neutre, le système émettra un photon de la différence d'énergie. Cependant, si l'atome excité a été préalablement ionisé, en particulier si l'un des électrons de sa coque interne a été retiré, un phénomène connu sous le nom d'effet Auger peut se produire lorsque la quantité d'énergie est transférée à l'un des électrons liés, ce qui l'amène à entrer dans le continuum. Cela permet de multiplier l'ionisation d'un atome avec un seul photon.
Il existe des règles de sélection assez strictes quant aux configurations électroniques pouvant être atteintes par l'excitation par la lumière - mais il n'existe pas de telles règles pour l'excitation par des processus de collision.
Histoire et évolution
La majorité des domaines de la physique peuvent être divisés entre le travail théorique et le travail expérimental, et la physique atomique ne fait pas exception. Il arrive généralement, mais pas toujours, que les progrès se fassent par cycles alternés, depuis une observation expérimentale jusqu'à une explication théorique suivie de quelques prédictions qui peuvent ou non être confirmées par l'expérience, etc. Bien entendu, l'état actuel de la technologie à un moment donné peut limiter ce qui peut être réalisé expérimentalement et théoriquement, de sorte qu'il peut falloir un temps considérable pour affiner la théorie.
L'un des premiers pas vers la physique atomique a été la reconnaissance du fait que la matière était composée d'atomes, au sens moderne du terme, l'unité de base d'un élément chimique. Cette théorie a été développée par le chimiste et physicien britannique John Dalton au 18ème siècle. À ce stade, on ne savait pas exactement ce qu'étaient les atomes, bien qu'ils puissent être décrits et classés selon leurs propriétés (en vrac) dans un tableau périodique.
Le véritable début de la physique atomique est marqué par la découverte des raies spectrales et les tentatives de description du phénomène, notamment par Joseph von Fraunhofer. L'étude de ces raies a conduit au modèle de l'atome de Bohr et à la naissance de la mécanique quantique. En cherchant à expliquer les spectres atomiques, un tout nouveau modèle mathématique de la matière a été révélé. En ce qui concerne les atomes et leurs enveloppes électroniques, non seulement cela a permis une meilleure description globale, c'est-à-dire le modèle de l'orbite atomique, mais cela a également fourni une nouvelle base théorique pour la chimie (chimie quantique) et la spectroscopie.
Depuis la Seconde Guerre mondiale, les domaines théoriques et expérimentaux ont progressé à un rythme rapide. Cela peut être attribué aux progrès de la technologie informatique, qui a permis d'obtenir des modèles plus grands et plus sophistiqués de la structure atomique et des processus de collision associés. Des avancées technologiques similaires dans le domaine des accélérateurs, des détecteurs, de la génération de champs magnétiques et des lasers ont grandement facilité le travail expérimental.
Les grands physiciens atomiques
| Mécanique préquantique
| Mécanique post-quantique
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Pages connexes
- Physique des particules
- Changement d'orientation isomérique
Questions et réponses
K: Mitä on atomifysiikka?
V: Atomifysiikka on fysiikan ala, joka tutkii atomeja elektronien ja atomiytimen erillisenä järjestelmänä.
K: Mikä on atomifysiikan pääpaino?
V: Atomifysiikan pääpaino on elektronien sijoittumisessa atomiytimen ympärille ja prosesseissa, joilla nämä sijoittumiset muuttuvat.
K: Kattaako atomifysiikka vain neutraaleja atomeja?
V: Ei, atomifysiikka kattaa sekä ionit että neutraalit atomit, ellei toisin mainita.
K: Onko atomifysiikka sama kuin ydinfysiikka?
V: Ei, atomifysiikka käsittelee atomia ytimestä ja elektroneista koostuvana järjestelmänä, kun taas ydinfysiikka tarkastelee pelkästään atomiytimiä.
K: Missä laajemmassa yhteydessä atomifysiikkaa usein tarkastellaan?
V: Atomifysiikkaa tarkastellaan usein atomi-, molekyyli- ja optisen fysiikan laajemmassa yhteydessä.
K: Miten fysiikan tutkimusryhmät yleensä luokitellaan?
V: Fysiikan tutkimusryhmät luokitellaan yleensä sen mukaan, miten ne keskittyvät atomi-, molekyyli- ja optiseen fysiikkaan.
K: Miksi atomifysiikka liitetään usein ydinvoimaan ja ydinpommeihin?
V: Atomifysiikka yhdistetään usein ydinvoimaan ja ydinpommeihin, koska englannin kielessä käytetään synonyymejä atomic ja nuclear.
