atomifysiikka

Atomifysiikka on fysiikan osa-alue, joka tutkii atomeja niiden elektronien ja ytimen vuorovaikutusten sekä kvanttimekaniikan avulla. Se kuvaa atomin energiatilat, niiden siirtymät sekä elektronien käyttäytymisen ytimen ympärillä. Atomifysiikka eroaa ydinfysiikasta: ydinfysiikka tarkastelee ydintä ja ydinreaktioita, kun taas atomifysiikka keskittyy atomin rakenteeseen ja sähkömagneettisiin vuorovaikutuksiin.

Keskeisiä teemoja ovat energioiden kvantittuminen, elektronikonfiguraatiot sekä hieno- ja hyperfinoiset rakenteet sekä Zeeman- ja Stark-vaikutukset. Tutkimuksessa yhdistyvät kokeelliset menetelmät—spectroskopia, laserjäähdytys ja magneto-optiset loukut sekä ioniloukut—ja teoreettiset mallit kvanttimekaniikasta, monielijäisistä järjestelmistä sekä kvantti-elektrodynamiikasta (QED).

Käytännössä atomifysiikka tuottaa erittäin tarkat ajan- ja taajuusstandardit atomikelloissa, edistää metrologiaa sekä mahdollistaa kvanttitieteen ja kvantti-informaation tutkimuksen. Atomien kontrolloitu käyttäytyminen mahdollistaa uusien laserteknologioiden kehittämisen sekä tarkkojen mittausmenetelmien ja kokeellisten järjestelmien toteuttamisen.

Historian aikana atomifysiikka on tarjonnut kokeellisia testejä kvanttimekaniikalle ja QED:lle sekä osoittanut tärkeitä ilmiöitä, kuten energioiden kvantittuminen ja spektrin rakenne. Merkittäviä kokeita ovat Stern–Gerlachin kokeet sekä Lambin siirto, jotka ovat muokanneet kvanttimekaniikan ymmärrystä.