פיזיקה אטומית

פיזיקה אטומית (או פיזיקת האטום) היא ענף הפיזיקה העוסק בקליפות האלקטרונים.

לעיתים נהוג לשייך את המונח "פיזיקה אטומית" לכל מה שקשור לאנרגיה גרעינית ופצצות גרעיניות, קרוב לוודאי בשל השימוש הזהה במילים "אטומי" ו"גרעיני" בשפת הדיבור. אך הפיזיקאים מבחינים בין פיזיקה אטומית (העוסקת בהשפעות קליפות האלקטרון והספין הכללי של הגרעין ובמטען החשמלי) לבין פיזיקה גרעינית (העוסקת בכוחות הפועלים בתוך גרעין האטום ובתגובות הגורמות לשינוי, כגון ביקוע גרעיני או רדיואקטיביות).

ניתן לציין את תחילת הפיזיקה האטומית בגילוי ופיענוח הקווים הספקטראליים. אלה הם קווים המוגדרים במדויק בספקטרום של אטומים חופשיים (הכוונה במילה חופשי היא שהם במצב צבירה בו האטומים אינם קרובים האחד לשני, ולכן השפעתם ההדדית זניחה).

חקר הקווים הללו הוביל לניסוח מודל האטום של בוהר ולהבנתו הנוכחית של מבנה קליפות האלקטרון כפי שמתואר במודל הפלנטרי, המהווה בסיס לכל הידע בכימיה.

חקר האטום הבודד

בחקר הפיזיקה האטומית מתייחסים אך ורק לאטום הבודד, או ליון הבודד. בתחום זה בוחנים תהליכים כמו יוניזציה ועירור אלקטרונים על ידי התנגשות פוטונים או חלקיקים גרעיניים אחרים. בגז, מרווח הזמן לתגובה בין אטום אחד למשנהו הוא יחסית גדול, לעומת התגובות הקורות בגרעין עצמו ובאלקטרונים שסביבו, כך שמחקר הפיזיקה האטומית משמש למעשה כיסוד למדעי האטמוספירה ולחקר פיזיקת הפלזמה.

תחום זה אינו מתייחס לפרודות ולקשרים בין אטומים, למרות שהרבה מהתופעות זהות בשני התחומים. הפיזיקה האטומית גם אינה מתייחסת להתנהגות האטומים במצבי צבירה שונים.

תצורות אלקטרונים

לכל אטום יש את רמות העירור הקבועות בו האלקטרונים סביבו יכולים להיות. על מנת לעבור מרמה לרמה, יש "לעורר" את האלקטרון, זאת בדרך כלל על ידי קליטת אנרגיה מאור (פוטונים), משדה אלקטרומגנטי, או מהתנגשות עם חלקיקים אחרים (בדרך כלל אלקטרונים אחרים). אלקטרונים הממלאים רמת עירור (הנקראת גם "קליפה") נמצאים "במצב קשור". אנרגיית הקשר היא האנרגיה הנדרשת להוצאת האלקטרון מהקליפה בה הוא נמצא ועד לניתוקו מהגרעין (באופן תאורטי עד לאינסוף מרחק מהגרעין). כל אנרגיה נוספת הנספגת באלקטרון, הופכת לאנרגיה קינטית לפי חוק שימור האנרגיה והאטום עבר אז תהליך הנקרא יוניזציה.

אם האלקטרון ספג פחות מאנרגיית הקשר שלו, הוא יעבור למצב מעורר. לאחר זמן מה, הנתון לפי הסתברות, אלקטרון במצב מעורר יעבור לרמת עירור נמוכה יותר, והפרש האנרגיה (על פי החוק לשימור האנרגיה יצא באחד מהדרכים הבאות: באטום נייטרלי (ללא מטען חשמלי) יצא פוטון (אור) בעל כמות האנרגיה הנוספת. במקרה של יון, (אטום שכבר קודם עבר עירור, וכבר שחרר חלק מהאלקטרונים שלו), עשויה להתקבל התופעה הידועה כתופעת אויגר, בה האנרגיה תעבור לאלקטרון קשור אחר, ואותו אלקטרון יעבור למצב עירור, וישתחרר. כך ניתן לינן אטום ביותר מאלקטרון אחד, באמצעות פוטון בודד.

נתגלו חוקי מעבר קבועים להתנהגות אלקטרון כתוצאה מפגיעת אור, אך לא נמצאו כללים לגבי התנהגות אלקטרון כתוצאה מפגיעת חלקיקים.

היסטוריה

ניתן לשייך את תחילת הפיזיקה האטומית - לתחילת המאה ה-18, כאשר ג'ון דלטון חידש והכיר בתאוריית המבנה האטומי של החומר, או בשנת 1814 בגילוי קווי הספקטרום על ידי מומחה העדשות הגרמני יוזף פון פראונהופר, במנעד האור המגיע מהשמש.

מאז תחילת המאה ה-20 תחום זה התקדם בצעדי ענק, הודות לפיתוח כוח המחשוב, שאיפשר הדמיה ובדיקה של דגמים מסובכים, לגבי התנגשויות, וכן הקמת מאיצי חלקיקים לבחינת התאוריות השונות בתחום.

השפעות

לגילויים בתחום הפיזיקה האטומית היו השפעות על תחומי מדע אחרים. עצם גילוי הספקטרום הייחודי לכל אחד מהיסודות, הוביל לגילויים רבים בתחום האסטרונומיה, שכן אפשר היה לזהות אילו יסודות נמצאים בכוכבים וגרמי שמיים אחרים. כך למשל נתגלה היסוד הליום בשמש, עוד בטרם נודע על כדור הארץ.

החל משנת 1988 הופיעו מספר תאוריות בנושא מדעי המוח והבנת החשיבה, הנסמכים על מודלים מתחום הספין של האלקטרון.

לגילויים האחרונים בפיזיקה האטומית השפעות גם בתחום הפיזיקה והפסיכולוגיה.

ראו גם

• שעון אטומי
• אופטיקה קוונטית

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא פיזיקה אטומית בוויקישיתוף