Введение
Область физики – классическое представление об атоме, которое развилось в атомную физику.
the classical view of the atom which developed into atomic physics
Атомная физика – это раздел физики, изучающий атомы как изолированную систему электронов и атомного ядра. Обычно под атомной физикой понимают изучение структуры атома и взаимодействия между атомами. Она в основном посвящена тому, как электроны расположены вокруг ядра и процессам, в результате которых эти расположения изменяются. Это включает ионы, нейтральные атомы, и, если не указано иное, можно считать, что термин «атом» включает в себя и ионы. Термин «атомная физика» может ассоциироваться с ядерной энергетикой и ядерным оружием из-за синонимичного использования слов «атомный» и «ядерный» в английском языке. Физики различают атомную физику, которая изучает атом как систему, состоящую из ядра и электронов, и ядерную физику, которая исследует ядерные реакции и особые свойства атомных ядер. Как и во многих научных областях, строгое разграничение может быть весьма условным, и атомная физика часто рассматривается в более широком контексте атомной, молекулярной и оптической физики. Исследовательские группы по физике обычно классифицируются именно так.
the processes by which these arrangements change. This comprises ions, neutral atoms and, unless otherwise stated, it can be assumed that the term atom includes ions. The term atomic physics can be associated with nuclear power and nuclear weapons, due to the synonymous use of atomic and nuclear in standard English. Physicists distinguish between atomic physics—which deals with the atom as a system consisting of a nucleus and electrons—and nuclear physics, which studies nuclear reactions and special properties of atomic nuclei. As with many scientific fields, strict delineation can be highly contrived and atomic physics is often considered in the wider context of atomic, molecular, and optical physics. Physics research groups are usually so classified.
Одиночные атомы
Атомная физика в основном рассматривает атомы в изоляции. Атомные модели состоят из одного ядра, которое может быть окружено одним или несколькими связанными электронами. Она не рассматривает образование молекул (хотя многие физические принципы остаются теми же), и не изучает атомы в твердом состоянии как конденсированное вещество. Она посвящена процессам, таким как ионизация и возбуждение, вызванные фотонами или столкновениями с атомными частицами. Хотя моделирование атомов в изоляции может показаться нереалистичным, если учитывать атомы в газе или плазме, то временные масштабы взаимодействия между атомами значительно превышают масштабы времени, характерные для атомных процессов, которые обычно изучаются. Это позволяет рассматривать отдельные атомы как изолированные, поскольку большую часть времени они таковыми и являются. Благодаря этому атомная физика предоставляет базовую теоретическую основу для физики плазмы и физики атмосферы, несмотря на то, что обе эти области имеют дело с огромным количеством атомов.
Электронная конфигурация
Электроны формируют воображаемые оболочки вокруг ядра. Обычно они находятся в основном состоянии, но могут быть возбуждены поглощением энергии от света (фотонов), магнитных полей или при взаимодействии со сталкивающейся частицей (как правило, ионами или другими электронами). Электроны, занимающие оболочку, находятся в связанном состоянии. Энергия, необходимая для удаления электрона из его оболочки (до бесконечности), называется энергией связи. Любое количество энергии, поглощенное электроном сверх этой величины, преобразуется в кинетическую энергию в соответствии с законом сохранения энергии. Говорят, что атом подвергся ионизации. Если электрон поглощает количество энергии, меньшее энергии связи, он переходит в возбужденное состояние. Через определенное время электрон в возбужденном состоянии "перескакивает" (испытывает переход) на более низкий энергетический уровень. В нейтральном атоме система излучает фотон, энергия которого равна разности энергий, поскольку энергия сохраняется. Если внутренний электрон поглотил энергию, превышающую энергию связи (что приводит к ионизации атома), то более внешний электрон может совершить переход, чтобы заполнить внутреннюю орбиталь. В этом случае излучается видимый фотон или характеристическое рентгеновское излучение, либо может произойти явление, известное как эффект Оже, при котором высвободившаяся энергия передается другому связанному электрону, переводя его в континуум. Эффект Оже позволяет многократно ионизировать атом одним фотоном. Существуют довольно строгие правила отбора для электронных конфигураций, которые могут быть достигнуты при возбуждении светом, однако для возбуждения при столкновениях таких правил нет.