Atom fiziği

İzole atomlar

Atom fiziği atomları her zaman tek başına ele alır. Atom modelleri, bir veya daha fazla bağlı elektronla çevrili olabilen tek bir çekirdekten oluşacaktır. Moleküllerin oluşumu ile ilgilenmez (fiziğin çoğu aynı olmasına rağmen) ve atomları katı halde yoğunlaştırılmış madde olarak incelemez. Fotonlarla iyonlaşma ve uyarılma ya da atomik parçacıklarla çarpışma gibi süreçlerle ilgilenir.

Atomları tek başına modellemek gerçekçi görünmese de, atomları bir gaz veya plazma içinde düşünürsek, atom-atom etkileşimleri için zaman ölçekleri, genellikle düşünülen atomik süreçlere kıyasla çok büyüktür. Bu da her bir atomun, çoğu zaman olduğu gibi, tek başınaymış gibi ele alınabileceği anlamına gelir. Bu düşünceyle atom fiziği, her ne kadar her ikisi de çok sayıda atomla ilgilense de, plazma fiziği ve atmosferik fiziğin altında yatan teoriyi sağlar.

Elektronik konfigürasyon

Elektronlar çekirdeğin etrafında kavramsal kabuklar oluşturur. Bunlar doğal olarak temel durumdadır, ancak ışıktan (fotonlar), manyetik alanlardan enerji emilimi veya çarpışan bir parçacıkla (tipik olarak diğer elektronlar) etkileşim yoluyla uyarılabilirler.

Bir kabuğu dolduran elektronların bağlı durumda olduğu söylenir. Bir elektronu kabuğundan çıkarmak (sonsuza götürmek) için gerekli enerjiye bağlanma enerjisi denir. Bu miktarı aşan ve elektron tarafından soğurulan herhangi bir enerji miktarı, enerjinin korunumuna göre kinetik enerjiye53516 dönüştürülür. Atomun iyonlaşma sürecinden geçtiği söylenir.

Elektronun bağlanma enerjisinden daha az miktarda enerji soğurması durumunda, uyarılmış bir duruma geçecektir. İstatistiksel olarak yeterli bir süre sonra, uyarılmış durumdaki bir elektron daha düşük bir duruma geçiş yapacaktır. İki enerji seviyesi arasındaki enerji değişimi hesaba katılmalıdır (enerjinin korunumu). Nötr bir atomda, sistem enerji farkından bir foton yayacaktır. Bununla birlikte, uyarılmış atom daha önce iyonize olmuşsa, özellikle de iç kabuk elektronlarından biri çıkarılmışsa, Auger etkisi olarak bilinen ve enerji miktarının bağlı elektronlardan birine aktarıldığı ve sürekliliğe girmesine neden olan bir fenomen meydana gelebilir. Bu, bir atomun tek bir fotonla çoklu olarak iyonize edilmesini sağlar.

Işıkla uyarma yoluyla ulaşılabilecek elektronik konfigürasyonlara ilişkin oldukça katı seçim kuralları vardır; ancak çarpışma süreçleriyle uyarma için böyle kurallar yoktur.

Tarihçe ve gelişmeler

Fizikteki alanların çoğu teorik çalışma ve deneysel çalışma arasında bölünebilir ve atom fiziği de bir istisna değildir. Her zaman olmasa da genellikle ilerleme, deneysel bir gözlemden teorik bir açıklamaya, ardından deneyle doğrulanabilecek veya doğrulanamayacak bazı tahminlere ve bu şekilde devam eden dönüşümlü döngüler halinde gerçekleşir. Elbette, herhangi bir zamanda teknolojinin mevcut durumu, deneysel ve teorik olarak elde edilebileceklere sınırlamalar getirebilir, bu nedenle teorinin rafine edilmesi önemli ölçüde zaman alabilir.

Atom fiziğine doğru atılan ilk adımlardan biri, maddenin, modern anlamda kimyasal bir elementin temel birimi olan atomlardan oluştuğunun kabul edilmesiydi. Bu teori 18. yüzyılda İngiliz kimyager ve fizikçi John Dalton tarafından geliştirilmiştir. Bu aşamada, periyodik bir tabloda özelliklerine göre (yığın halinde) tanımlanıp sınıflandırılabilmelerine rağmen atomların ne olduğu net değildi.

Atom fiziğinin gerçek başlangıcı, spektral çizgilerin keşfi ve özellikle Joseph von Fraunhofer tarafından fenomeni tanımlama girişimleri ile işaretlenmiştir. Bu çizgilerin incelenmesi Bohr atom modeline ve kuantum mekaniğinin doğuşuna yol açmıştır. Atomik spektrumları açıklamaya çalışırken maddenin tamamen yeni bir matematiksel modeli ortaya çıkmıştır. Atomlar ve elektron kabukları söz konusu olduğunda, bu sadece daha iyi bir genel açıklama, yani atomik orbital modeli sağlamakla kalmadı, aynı zamanda kimya (kuantum kimyası) ve spektroskopi için yeni bir teorik temel sağladı.

İkinci Dünya Savaşı'ndan bu yana, hem teorik hem de deneysel alanlar hızlı bir şekilde ilerlemiştir. Bu, atomik yapı ve ilgili çarpışma süreçlerinin daha büyük ve daha karmaşık modellerine izin veren bilgisayar teknolojisindeki ilerlemeye atfedilebilir. Hızlandırıcılar, dedektörler, manyetik alan üretimi ve lazerlerdeki benzer teknolojik gelişmeler deneysel çalışmalara büyük ölçüde yardımcı olmuştur.

Önemli atom fizikçileri

İlgili sayfalar

• Parçacık fiziği
• İzomerik kayma