Atomfysikk

Atomfysikk er grenen av fysikk som studerer atomer som kvantemekaniske systemer og deres samspill med elektromagnetisk stråling, elektriske og magnetiske felt, samt med andre partikler. Faget omfatter både beskrivelse av atomers struktur og dynamikk samt utvikling av metoder for presise målinger og kontroll av kvantetilstander.

Historisk sett har atomfysikk utviklet seg fra Bohrs tidlige modell og kvantemekanikkens grunnleggelse til dagens presise eksperimenter med kjølte atomer og kontroll av kvantetilstander. Viktige milepæler inkluderer kvantiserte energinivåer i atomet, utviklingen av spektroskopi, studier av fin- og hyperfine strukturer, samt senere teknikker som laseravkjøling, magnetiske feller og ionefeller.

Kjernen i atomfysikken er atomer, som består av en atomkjerne og elektroner i kvantemekaniske tilstander. Energibånd og overganger mellom nivåer bestemmes av sannsynligheter for fotonabsorpsjon og emisjon. Fenomener som spin, fin- og hyperfine struktur, samt kvantekoherens, spiller store roller i eksperimenter og teorier. Spektroskopiske målinger brukes til å bestemme konstantene og testene av fysiske teorier.

Tilnærmingsmetoder inkluderer laserspektroskopi, laseravkjøling og magnetiske eller ioniske feller, samt optiske gitter og atominterferometrier. Anvendelser omfatter atomklokker som presist måler tid, metrologi og definisjonen av SI-enheter, samt kvanteinformasjon, kvantsimulering av sammensatte systemer og sensoriske teknikker som gravimeter og magnetometer.

Atomfysikk fortsetter å være et aktivt område for fundamentale tester av kvantemekanikk og gravitasjon, samt utvikling av nye teknologier for måling, tid og informasjonsbehandling.