Fizik atom

Fizik atom ialah cabang fizik yang mengkaji atom-atom sebagai sebuah sistem terpencil yang terdiri daripada elektron dan nukleus atom, khususnya susunan elektron di sekeliling nukleus dan proses yang terlibat. Sudah tentu, ini termasuk ion serta atom neutral, kecuali dinyatakan. Bagi rencana ini, istilah atom termasuk ion.

Istilah fizik atom sering dikaitkan dengan kuasa nukleur dan bom nuklear, disebabkan "nuclear" adalah sinonim untuk "atom" dalam bahasa Inggeris piawai. Bagaimanapun, ahli-ahli fizik membezakan antara "fizik atom" dan "fizik nuklear". Fizik atom mengolahkan atom sebagai sebuah sistem elektron dengan satu nukleus, manakala fizik nuklear hanya mengkaji nukleus atom sahaja.

Sebagaimana dengan bidang-bidang sains yang lain, batas bidang fizik atom adalah kabur, dengan fizik atom biasa dianggap sebagai sebahagian fizik atom, molekul, dan optik. Kelompok-kelompok penyelidikan fizik biasanya dikelaskan sebegitu.

Atom terpencil

Fizik atom sentiasa mengkaji atom secara berasingan, iaitu satu model akan terdiri daripada sebiji nukleus tunggal yang dikelilingi oleh satu atau lebih elektron terikat. Bidang ini tidak kena mengena, baik dengan pembentukan molekul (walaupun kebanyakan fiziknya adalah sama) mahupun dengan jirim termeluwap, iaitu atom dalam keadaan pepejal. Sebaliknya, fizik atom adalah berkaitan dengan proses-proses seperti pengionan dan pengujaan oleh foton-foton atau perlanggaran zarah-zarah atom.

Sedangkan pemodelan atom secara berasingan kelihatan mungkin tidak realistik, jika seseorang mempertimbangkan atom-atom dalam sesuatu gas atau plasma, jadi jangka-jangka waktu untuk saling tindak atom adalah amat besar berbanding proses-proses atom yang dipertimbangkan. Ini bermaksud bahawa setiap atom boleh diolahkan seakan-akan atom itu adalah dalam keadaan pemencilan kerana seringnya, atom-atom itu memang dalam keadaan sebegitu. Atas sebab ini, fizik atom membekalkan teori asas untuk fizik plasma dan fizik atmosfera walaupun kedua-dua cabang fizik ini adalah berkenaan dengan bilangan atom yang amat besar.

Konfigurasi elektron

Elektron-elektron membentuk petala-petala tanggapan di sekeliling nukleus. Secara semula jadi, elektron-elektron ini adalah dalam keadaan asas tetapi boleh diuja melalui penyerapan tenaga daripada cahaya (foton) atau saling tindak dengan zarah pelanggar (biasanya elektron-elektron lain). Elektron teruja mungkin masih terikat pada nukleus dan harus akan mereput semula kepada keadaan asasnya yang asal selepas satu tempoh yang tertentu, dengan tenaganya dibebaskan sebagai foton. Terdapat petua pilihan yang ketat tentang konfigurasi-konfigurasi elektron yang boleh dicapai melalui pengujaan oleh cahaya — bagaimanapun, tidak adanya petua yang serupa untuk pengujaan melalui proses-proses pelanggaran.

Sebiji elektron boleh diuja sehingga terbebas daripada nukleus dan tidak lagi merupakan sebahagian atom. Sistem yang tinggal ialah sebiji ion, dan atom itu dikatakan telah diionkan setelah ditinggalkan dalam keadaan bercas.

Sejarah dan perkembangan

Kebanyakan bidang dalam fizik boleh dibahagikan antara kerja teori dan kerja uji kaji, dan fizik atom pun tidak berbeza. Biasanya, walaupun bukan selalu, kemajuan akan melalui kitaran-kitaran berselang daripada pencerapan uji kaji kepada penjelasan teori, disusuli oleh ramalan-ramalan, baik disahkan oleh uji kaji mahupun tidak, dan seterusnya. Sudah tentu, keadaan teknologi pada mana-mana satu masa akan mengehadkan apa yang boleh dicapai oleh uji kaji dan teori. Disebabkan itu, masa yang diperlukan untuk menghaluskan sebuah teori mungkin amat lama.

Rencana utama: Teori atom

Sudah tentu, langkah-langkah terawal fizik atom ialah pengakuan bahawa jirim terdiri daripada atom-atom dari segi unit asas moden bagi sesuatu unsur kimia. Teori ini telah dikembangkan oleh John Dalton, ahli kimia dan ahli fizik, pada abad ke-18. Ketika itu, ahli-ahli sains masih tidak jelas tentang apakah itu atom, walaupun atom-atom dapat diperihalkan dan dikelaskan mengikut sifat-sifatnya (secara pukal) dalam jadual berkala.

Rencana utama: Asas mekanik kuantum

Titik permulaan fizik atom yang benar ditandai oleh penemuan garis-garis spektrum dan percubaan-percubaan untuk memerihalkan fenomena itu, khususnya oleh Joseph von Fraunhofer. Pengajian garis-garis itu telah menghasilkan model atom Bohr serta kelahiran mekanik kuantum pada dirinya. Dalam percubaan untuk menerangkan spektrum-spektrum atom, sebuah model matematik yang benar-benar baru telah dibentuk. Dari segi atom dan petala elektron, model matematik ini bukan sahaja menghasilkan model orbital atom yang merupakan huraian keseluruhan yang lebih baik, tetapi juga membekalkan asas teori yang baru untuk kimia (kimia kuantum) dan spectroskopi.

Sejak Perang Dunia II, kedua-dua bidang teori dan uji kaji telah maju dengan begitu pesat. Kemajuan ini boleh dikaitkan dengan kemajuan teknologi komputeran yang membenarkan model-model yang lebih besar dan lebih canggih untuk struktur atom dan proses-proses pelanggaran berkait. Kemajuan-kemajuan teknologi yang serupa untuk pemecut, pengesan, penjana medan magnet, dan laser telah amat membantu kerja-kerja uji kaji.

Tokoh fizik atom

Sebelum mekanik kuantum

• John Dalton
• Joseph von Fraunhofer
• Johannes Rydberg
• J.J. Thomson

Selepas mekanik kuantum

• David Bates
• Neils Bohr
• Max Born
• Clinton Joseph Davisson
• Charlotte Froese Fischer
• Vladimir Fock
• Douglas Hartree
• Ratko Janev
• Harrie S. Massey
• Nevill Mott
• Mike Seaton
• John C. Slater
• George Paget Thomson

Lihat juga

Fizik atom asas

• Aras tenaga
• Fungsi gelombang
• Konfigurasi elektron
• Orbital atom

Unit am

• Hartree
• Nombor gelombang
• Rydberg
• Unit SI
• Volt elektron

Penggunaan

• Atmosfera najam
• Fizik atmosfera
• Fizik plasma
• Jam atom

Bidang berkait

• Optik kuantum
• Fizik molekul

Rujukan

• Bransden, BH (2002). Physics of Atoms and Molecules (ed. ke-2). Prentice Hall. ISBN 058235692.
• Foot, CJ (2004). Atomic Physics. Percetakan Universiti Oxford. ISBN 0198506961.

Pautan luar

• Fizik atom dalam Internet
• Pautan-pautan Fizik Atom
• JILA (Fizik Atom) Diarkibkan 2007-11-25 di Wayback Machine