원자 물리

원자 물리학, 원자 구조, 에너지 상태 및 다른 입자와의 상호 작용 및 전기장 및 자기장에 대한 과학적 연구. 원자 물리학은 현대 물리학의 초석 중 하나 인 양자 역학을 훌륭하게 적용한 것으로 입증되었습니다.

물질이 기본 빌딩 블록이라는 개념은 지구, 공기, 불, 물이 물리적 세계가 만들어지는 기본 요소를 형성 할 것이라고 추측 한 고대 그리스인들에게 거슬러 올라갑니다. 또한 물질의 궁극적 본질에 대한 다양한 사고 학교를 개발했습니다. 아마도 가장 주목할만한 것은 고대 그리스인 밀레투스의 루시 푸스 (Leucippus)와 기원전 440 년에 트라 키 (Trace)의 민주당에 의해 설립 된 원자력 학교 일 것입니다. 순수한 철학적 이유와 실험적 증거의 혜택없이 물질은 불가분의와 불멸의 원자로 구성된다는 개념을 발전시켰다. 원자는 주변 공극을 통해 끊임없이 움직이며 당구 공과 같은 서로 충돌합니다. 그러나 원자들 사이에 공극 (또는 진공)이 필요하기 때문에 쉽게 대답 할 수없는 새로운 의문이 제기되었습니다. 이런 이유로 아리스토텔레스와 아테네 학교는 원자가의 그림을 거부하여 물질이 계속된다는 개념에 찬성했다. 그럼에도 불구하고이 아이디어는 지속되었으며, 400 년 후 로마 시인 Lucretius의 저서 인 De rerum natura (사물의 본질)에서 다시 나타났다.

물질이 17 세기까지 작은 입자로 만들어 질 수 있다는 생각을 발전시키기 위해 조금 더 수행되었습니다. 그의 물리학 자 Mathematica (1687)에서 영국 물리학 자 아이작 뉴턴 (Isaac Newton)은 가스의 압력과 부피가 같은 온도에서 일정하다는 가스의 법칙을 설명 할 수있는 보일의 법칙을 설명했다. 입자로 구성. 1808 년 영국의 화학자 존 달튼 (John Dalton)은 각 원소가 동일한 원자로 구성되어 있다고 제안했고, 1811 년 이탈리아 물리학자인 아메데오 아보가드로 (Amedeo Avogadro)는 원소의 입자가 서로 붙어있는 두 개 이상의 원자로 구성 될 수 있다고 가정했다. 아보가드로는 이러한 재벌 분자를 불렀으며, 실험 작업을 기반으로 수소 또는 산소 가스의 분자는 원자 쌍으로 형성된다고 추측했다.

19 세기 동안, 화학 원소를 형성하기 위해 거의 무한한 방식으로 결합 할 수있는 특정 유형의 원자로 구성된 제한된 수의 원소에 대한 아이디어가 개발되었습니다. 세기 중반에 가스의 운동 이론은 원자 및 분자 입자의 운동에 대한 가스의 압력 및 점도와 같은 현상을 성공적으로 평가했습니다. 1895 년까지 화학 증거의 증가하는 무게와 동역학 이론의 성공은 원자와 분자가 실제로 존재한다는 것을 거의 의심하지 않았습니다.

그러나 원자의 내부 구조는 영국 물리학 자 어니스트 러더 포드 (Ernest Rutherford)와 그의 학생들의 연구를 통해 20 세기 초에만 명확 해졌다. 러더 포드의 노력까지, 인기있는 원자 모델은 영국의 물리학자인 조셉 존 톰슨 (Joseph John Thomson)이 주장한 소위“자두 푸딩”모델이었습니다. 양전하 (푸딩); 전자의 총 음전하는 총 양전하와 정확히 균형을 이루어 전기적으로 중성 인 원자를 생성합니다. 러더 포드는 톰슨의 모델에 도전하는 일련의 산란 실험을 수행했습니다. 러더 포드는 알파 입자 (현재 헬륨 핵으로 알려짐) 빔이 얇은 금박을 쳤을 때 일부 입자가 뒤로 편향되는 것을 관찰했습니다. 이러한 큰 편향은 매화 푸딩 모델과 일치하지 않았다.

이 연구는 러더 포드의 원자 모델로 이어졌으며, 여기에서 무거운 전하의 핵은 빛의 전자 구름으로 둘러싸여 있습니다. 핵은 양으로 하전 된 양성자와 전기적으로 중성 인 중성자로 구성되며, 각각은 전자의 약 1,836 배입니다. 원자는 매우 미세하기 때문에 간접 실험 기법으로 그 특성을 유추해야합니다. 이들 중 가장 중요한 것은 원자가 한 에너지 상태에서 다른 에너지 상태로 전이 될 때 방출되거나 흡수되는 전자기 방사선을 측정하고 해석하는 데 사용되는 분광법입니다. 각 화학 원소는 원자 구조를 반영하는 고유 파장에서 에너지를 방출합니다. 파동 역학의 절차를 통해 다양한 에너지 상태의 원자 에너지와 이들이 방출하는 특성 파장은 특정 기본 물리 상수, 즉 전자 질량 및 전하, 빛의 속도 및 플랑크 상수로부터 계산 될 수 있습니다. 이러한 기본 상수에 기초하여, 양자 역학의 수치 적 예측은 상이한 원자의 관찰 된 특성의 대부분을 설명 할 수있다. 특히, 양자 역학은 주기율표의 원소 배열에 대한 깊은 이해를 제공하며, 예를 들어, 표의 동일한 열에있는 원소는 유사한 특성을 가져야 함을 보여줍니다.

최근 몇 년 동안 레이저의 힘과 정밀성은 원자 물리학 분야에 혁명을 일으켰습니다. 한편으로, 레이저는 원자의 특성 파장을 측정 할 수있는 정밀도를 크게 향상 시켰습니다. 예를 들어, 최신 시간 및 주파수 표준은 원자 세슘의 전이 주파수 측정 (원자 클록 참조)을 기반으로하며, 길이 단위로 미터의 정의는 이제 빛의 속도를 통한 주파수 측정과 관련이 있습니다. 또한 레이저는 전자기 트랩에서 개별 원자를 분리하고이를 거의 0으로 냉각시키는 완전히 새로운 기술을 가능하게했습니다. 원자가 본질적으로 트랩에 놓이게되면, 양자 기체 상 전이를 거쳐 보스-아인슈타인 응축으로 알려진 초 유체를 형성하면서 희석 가스 형태로 남을 수 있습니다. 이 새로운 물질 상태에서 모든 원자는 동일한 응집성 양자 상태에 있습니다. 결과적으로, 원자들은 각각의 정체성을 잃고 양자 역학적 파동 특성이 지배적이다. 전체 응축수는 개별 원자의 집합이 아닌 단일 응집체 (물고기와 같은)로서 외부 영향에 반응합니다. 최근의 연구에 따르면 트랩에서 원자의 응집성 빔을 추출하여 기존 레이저의 응집성 광자 빔과 유사한 "아톰 레이저"를 형성 할 수있는 것으로 나타났습니다. 원자 레이저는 아직 초기 개발 단계에 있지만, 마이크로 전자 및 기타 나노 스케일 장치의 제조를위한 미래 기술의 핵심 요소가 될 가능성이 있습니다.