Atom fiziği

Atom fiziği, atomları yalıtılmış bir elektron sistemi ve atom çekirdeği olarak inceleyen fizik alanıdır. Esas olarak çekirdeğin etrafındaki elektronların düzenlenmesi ve bu düzenlemelerin değiştiği süreçler ile ilgilidir. Bu, iyonları, nötr atomları içerir ve aksi belirtilmedikçe, atom teriminin iyonları içerdiği varsayılabilir.

Atomik fizik terimi, nükleer güç ve nükleer silahlarla ilişkili olabilir, çünkü standart İngilizcede atomik ve nükleer eşanlamlı kullanımı nedeniyle. Fizikçiler atom atomunu, atomla bir çekirdek ve elektrondan oluşan bir sistem olarak ele alırlar - ve atom çekirdeğini tek başına ele alan nükleer fiziktir.

Pek çok bilimsel alanda olduğu gibi, katı tanımlama, son derece tartışılabilir ve atom fiziği genellikle atomik, moleküler ve optik fiziğin daha geniş bağlamında düşünülür. Fizik araştırma grupları genellikle çok gizlidir.

İzole edilmiş atomlar

Atom fiziği öncelikle atomları tecrit olarak görür. Atomik modeller, bir veya daha fazla bağlı elektron tarafından çevrelenebilecek ve tek bir çekirdekten oluşacaktır. Moleküllerin oluşumuyla ilgili değildir (fiziğin büyük bir kısmı aynı olsa da) ve atomları katı bir halde yoğun madde olarak incelemez. İyonlaşma ve uyarma gibi fotonlarla veya atomik parçacıklarla çarpışmalarla ilgilidir.

İzole atomların modellenmesi gerçekçi görünmese de, bir gaz veya plazmada atomları düşünülürse, atom atomu etkileşimleri için zaman ölçekleri, genel olarak düşünülen atomik süreçlere kıyasla çok büyüktür. Bu, her bir atomun, her biri tecrit edilmişmiş gibi, zamanın büyük çoğunluğu gibi muamele edilebileceği anlamına gelir. Bu sayede atomik fizik, her ikisi de çok sayıda atomla ilgilense de, plazma fiziği ve atmosfer fiziğindeki temel teoriyi sağlar.

Elektronik konfigürasyon

Elektronlar çekirdeğin etrafında majör kabuklar oluşturur. Bunlar normal olarak temel durumudadırlar, fakat ışık enerjisinden (fotonlar), manyetik alanlardan veya çarpışan bir parçacıkla (tipik olarak iyonlar veya diğer elektronlar) etkileşimlerden uyarılarak uyarılabilirler.

Bir kabuğu dolduran elektronların bağlı durum olduğu söylenir. Bir elektronu kabuğundan (sonsuzluğa alarak) çıkarmak için gerekli olan enerjiye bağlanma enerjisi denir. Bu miktarın üstünde elektron tarafından emilen enerji miktarı, enerjinin korunmasına göre kinetik enerjiye dönüştürülür. Atomun iyonlaşma sürecinden geçtiği söylenir. Elektron, bağlanma enerjisinden daha az miktarda enerji emerse, uyarılmış bir duruma transfer edilir. Belirli bir süre sonra, elektron, uyarılmış bir durumda, daha düşük bir duruma "geçiş" geçirecektir. Nötr bir atomda, enerji korunurken, sistem enerjideki farkın fotonını yayacaktır.

Eğer bir iç elektron, bağlanma enerjisinden daha fazlasını emdiyse (atomun iyonize olması için), daha fazla bir dış elektron, iç orbitalin doldurulması için bir geçişe uğrayabilir. Bu durumda, görünür bir foton ya da karakteristik bir x-ışını yayılır ya da Auger etkisi olarak bilinen bir olgu meydana gelebilir, bu durumda bırakılan enerji başka bir bağlı elektrona aktarılır ve bu da sürekliliğe girmesine neden olur. Auger etkisi, bir atomun tek bir foton ile iyonize edilmesini sağlar.

Işıkla uyarımla ulaşılabilen elektronik konfigürasyonlar konusunda oldukça katı seçim kuralları vardır - ancak çarpışma süreçlerinde uyarma için böyle bir kural yoktur.

Tarih ve gelişmeler

Atom fiziğine doğru ilk adımlardan biri, maddenin atomlardan oluştuğunu kabul etmekti. Kanad tarafından yazılmış olan Democritus ya da Vaisheshika Sutra gibi MÖ 6. yüzyılda yazılmış metinlerin bir kısmını oluşturur. Bu teori daha sonra 18. yüzyılda İngiliz kimyacı ve fizikçi John Dalton tarafından kimyasal bir elementin temel birimi olarak modern anlamda gelişti. Bu aşamada, atomların, özellikleri (toplu olarak) tarafından tanımlanıp sınıflandırılabilmelerine rağmen ne olduğu belli değildi. Mendeleev'in periyodik sistem elementlerinin icadı, ileriye doğru atılan büyük bir adımdı.

Atomik fiziğin gerçek başlangıcı, spektral çizgilerin keşfiyle ve en belirgin olarak Joseph von Fraunhofer tarafından fenomeni açıklama girişimleriyle işaretlenmiştir. Bu çizgilerin incelenmesi Bohr atom modeline ve kuantum mekaniğinin doğmasına yol açtı. Atomik spektrumları açıklamaya çalışmak için tamamen yeni bir matematiksel model modeli ortaya çıkarıldı. Atomlar ve elektron kabukları söz konusu olduğunda, bu sadece daha iyi bir genel açıklama, yani atomik orbital modeli vermedi, aynı zamanda kimya (kuantum kimyası) ve spektroskopi için yeni bir teorik temel sağladı.

Daha büyük ve daha karmaşık atomik yapı modellerine ve ilgili çarpışma süreçlerine izin veren bilgisayar teknolojisindeki ilerleme. Hızlandırıcılarda, dedektörlerde, manyetik alan üretiminde ve lazerlerde benzer teknolojik gelişmeler büyük ölçüde deneysel çalışmalara yardımcı olmuştur.

Önemli atomik fizikçiler

Kuantum mekaniği öncesi

Kuantum mekaniği sonrası

Ayrıca bakınız

Kaynaklar

Yararlanılan kaynaklar

Bransden, BH; Joachain, CJ (2002). Atomlar ve Moleküllerin Fiziği (2nd ed.). Prentice Hall. ISBN 0-582-35692-X.
Foot, CJ (2004). Atomik Fizik. Oxford University Press. ISBN 0-19-850696-1.
Herzberg, Gerhard (1979) [1945]. Atomic Spectra and Atomic Structure. New York: Dover. ISBN 0-486-60115-3.
Condon, E.U. & Shortley, G.H. (1935). Atomik Spektrum Teorisi. Cambridge University Press. ISBN 0-521-09209-4.
Cowan, Robert D. (1981). Atomik Yapı ve Spektrum Teorisi. University of California Press. ISBN 0-520-03821-5.
Lindgren, I. & Morrison, J. (1986). Atomik Çoklu-cisim Teorisi (Second ed.). Springer-Verlag. ISBN 0-387-16649-1.

Dış bağlantılar

MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms