atomifysiikassa

Atomifysiikka on fysiikan osa-alue, joka tutkii atomien rakennetta, elektronien käyttäytymistä sekä atomien vuorovaikutuksia valon ja muiden hiukkasten kanssa. Tutkimus kattaa sekä yksittäiset atomit ja ionit että pienet molekyylijoukot sekä näiden tilojen dynamiikan ja vuorovaikutukset. Alalla yhdistetään kokeellisia mittauksia ja teoreettisia malleja ymmärtääkseen yksittäisten hiukkasten käyttäytymistä.

Keskeisiä käsitteitä ovat kvanttimekaniikan johtamat energiatason rakenteet, elektronikonfiguraatiot sekä siirtymät fotonien absorptiossa ja emissiossa. Atomien spektrit paljastavat näiden tilojen erot, ja tutkimus käsittelee myös hyperfine- sekä hienorakenteita sekä Rydberg-tiloja ja moni-elektronisten järjestelmien vuorovaikutuksia. Atomifysiikassa tarkastellaan sekä yksittäisten atomien että niiden muodostamien kokonaisuuksien käyttäytymistä valon ja muiden hiukkasten kanssa.

Tutkimusmenetelmät ovat sekä kokeellisia että teoreettisia. Kokeellisia tekniikoita ovat spektroskopia, laserjäähdys ja atomien sieppaus sekä ionisäiliöt ja ultrakylien atomijoukkojen tutkimus. Teoreettisesti käytetään kvanttimekaniikkaa, kvanttielektrodynaamikkaa sekä monielohäiriöiden ja monihiukkasjärjestelmien menetelmiä.

Sovellukset ja vaikutukset ulottuvat tarkkaan aikaan (atomikellot) sekä metrologiaan, materiaalien ja kemiallisten prosessien analysointiin, tähtitieteelliseen spektrianalyysiin sekä kestävän teknologian kehittämiseen. Atomifysiikka on keskeinen perusta kvanttiteknologioille, kuten kvanttitietokoneille ja muille kvanttiteknologian menetelmille.