atoomfysica

Atoomfysica is de tak van de natuurkunde die atomen als kwantumsystemen bestudeert. Het onderzoekt de structuur van atomen, de energieniveaus en de overgangen daartussen, en de interacties van atomen met licht en met externe velden. De theorie berust op kwantummechanica, met concepten zoals orbitalen en kwantumnummers die de elektronverdeling en energietoestanden bepalen, terwijl precisie-metingen theorie toetsen en aanscherpen.

Historisch ontstond atoomfysica in de eerste helft van de twintigste eeuw uit spectroscopie en de ontdekking van het elektron en de atoomstructuur. Het Bohr-model bood een eerste kwantitatieve beschrijving van energieniveaus, waarna de algemene kwantummechanica atomen als complexe systemen beschreef. Sinds de jaren tachtig van de twintigste eeuw hebben technieken zoals laserkoeling, magnetische vallen (MOTs) en ionenvallen geleid tot extreem controleerbare atoomsystemen en tot de ontwikkeling van atoomklokken en quantumtechnologieën.

Moderne onderwerpen en toepassingen: hedendaags onderzoek omvat ultrakoude atoomgassen, Rydberg-atomen en quantumsimulatie; neutrale atomen en geïoniseerde systemen worden gebruikt in quantuminformatie en precisie-metingen. Atoomklokken leveren tijd- en frequentienormen; de seconde is gedefinieerd door de hyperfijntransitie van cesium-133. Daarnaast ondersteunt atoomfysica metrologie, spectroscopie en tests van fundamentele natuurconstanten, en vinden toepassingen plaats in navigatie, astronomie en materiaalonderzoek.