Fisika atom

Atom yang terisolasi

Fisika atom selalu menganggap atom dalam isolasi. Model atom akan terdiri dari inti tunggal yang mungkin dikelilingi oleh satu atau lebih elektron terikat. Hal ini tidak berkaitan dengan pembentukan molekul (meskipun banyak fisika yang identik), juga tidak memeriksa atom dalam keadaan padat sebagai materi terkondensasi. Ini berkaitan dengan proses seperti ionisasi dan eksitasi oleh foton atau tabrakan dengan partikel atom.

Sementara pemodelan atom dalam isolasi mungkin tidak tampak realistis, jika seseorang menganggap atom dalam gas atau plasma maka skala waktu untuk interaksi atom-atom sangat besar dibandingkan dengan proses atom yang umumnya dipertimbangkan. Ini berarti bahwa atom-atom individu dapat diperlakukan seolah-olah masing-masing berada dalam isolasi, karena sebagian besar waktu mereka. Dengan pertimbangan ini fisika atom menyediakan teori yang mendasari dalam fisika plasma dan fisika atmosfer, meskipun keduanya berurusan dengan jumlah atom yang sangat besar.

Konfigurasi elektronik

Elektron membentuk cangkang notional di sekitar nukleus. Elektron-elektron ini secara alami berada dalam keadaan dasar, tetapi dapat tereksitasi oleh penyerapan energi dari cahaya (foton), medan magnet, atau interaksi dengan partikel yang bertabrakan (biasanya elektron lain).

Elektron-elektron yang mengisi sebuah kulit dikatakan berada dalam keadaan terikat. Energi yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron dari cangkangnya (membawanya ke tak terhingga) disebut energi pengikatan. Setiap jumlah energi yang diserap oleh elektron yang melebihi jumlah ini diubah menjadi energi kinetik sesuai dengan kekekalan energi. Atom dikatakan telah mengalami proses ionisasi.

Jika elektron menyerap sejumlah energi yang kurang dari energi pengikatan, ia akan bertransisi ke keadaan tereksitasi. Setelah jumlah waktu yang cukup secara statistik, elektron dalam keadaan tereksitasi akan mengalami transisi ke keadaan yang lebih rendah. Perubahan energi antara dua tingkat energi harus diperhitungkan (konservasi energi). Dalam atom netral, sistem akan memancarkan foton dari perbedaan energi. Namun, jika atom yang tereksitasi sebelumnya telah terionisasi, khususnya jika salah satu elektron kulit bagian dalamnya telah dihilangkan, fenomena yang dikenal sebagai efek Auger dapat terjadi di mana jumlah energi ditransfer ke salah satu elektron terikat yang menyebabkannya masuk ke kontinum. Hal ini memungkinkan seseorang untuk melipatgandakan ionisasi atom dengan satu foton.

Ada aturan seleksi yang agak ketat mengenai konfigurasi elektronik yang dapat dicapai oleh eksitasi oleh cahaya - namun tidak ada aturan seperti itu untuk eksitasi oleh proses tabrakan.

Sejarah dan perkembangan

Mayoritas bidang dalam fisika dapat dibagi antara pekerjaan teoritis dan pekerjaan eksperimental, dan fisika atom tidak terkecuali. Biasanya, tetapi tidak selalu, bahwa kemajuan berjalan dalam siklus bergantian dari pengamatan eksperimental, hingga penjelasan teoritis diikuti oleh beberapa prediksi yang mungkin atau mungkin tidak dikonfirmasi oleh eksperimen, dan seterusnya. Tentu saja, keadaan teknologi saat ini pada waktu tertentu dapat membatasi apa yang dapat dicapai secara eksperimental dan teoritis, sehingga mungkin diperlukan waktu yang cukup lama bagi teori untuk disempurnakan.

Salah satu langkah paling awal menuju fisika atom adalah pengakuan bahwa materi terdiri dari atom, dalam pengertian modern dari unit dasar unsur kimia. Teori ini dikembangkan oleh ahli kimia dan fisikawan Inggris John Dalton pada abad ke-18. Pada tahap ini, tidak jelas apa itu atom meskipun mereka dapat dijelaskan dan diklasifikasikan berdasarkan sifat-sifatnya (dalam jumlah besar) dalam tabel periodik.

Awal fisika atom yang sebenarnya ditandai dengan penemuan garis spektral dan upaya untuk menggambarkan fenomena tersebut, terutama oleh Joseph von Fraunhofer. Studi tentang garis-garis ini mengarah pada model atom Bohr dan kelahiran mekanika kuantum. Dalam upaya untuk menjelaskan spektrum atom, model matematika materi yang sama sekali baru terungkap. Sejauh menyangkut atom dan kulit elektronnya, tidak hanya menghasilkan deskripsi keseluruhan yang lebih baik, yaitu model orbital atom, tetapi juga memberikan dasar teoritis baru untuk kimia (kimia kuantum) dan spektroskopi.

Sejak Perang Dunia Kedua, baik bidang teoritis maupun eksperimental telah maju dengan pesat. Hal ini dapat dikaitkan dengan kemajuan dalam teknologi komputasi, yang telah memungkinkan model struktur atom yang lebih besar dan lebih canggih dan proses tabrakan terkait. Kemajuan teknologi serupa dalam akselerator, detektor, pembangkit medan magnet dan laser telah sangat membantu pekerjaan eksperimental.

Fisikawan atom yang signifikan

Halaman terkait

• Fisika partikel
• Pergeseran isomer