原子分子与光物理学
原子分子与光物理學是研究物质之间，或光与物质的相互作用[1]， 其研究尺度約一至數個原子，能量尺度約幾個電子伏特。[2][3][4] 这三个物理学的领域研究通常是紧密关联的。 原子分子与光物理學使用经典物理学、半经典物理学、与量子物理学的研究方法。 通常情況下，此理論的應用包含原子发射或吸收光子、激发态原子和分子的电磁辐射和散射，光谱分析，激光和激微波的产生，以及对物质光学性质的研究。
歷史
18世紀，道耳吞提出原子理論，認為一切物質由不可分割的原子組成，也就是由化學元素組成。當時他們雖然不知道原子是什麼，但可依據它們的性質分門別類，19世紀中晚期，由約翰·紐蘭茲和門得列夫根據他們的性質，製成元素周期表[5]。
19世紀時，許多科學家如菲涅耳、夫朗和斐等，試圖解釋光譜線的現象，使得光物理學和原子物理結合在一起[6]。
到了19世紀末，許多物理學家提出解釋黑體輻射與原子光譜的理論，其中最有名的是波耳解釋氫原子光譜的玻耳模型[5]。
但是玻耳模型的適用範圍較窄，無法解釋如光電效應、康普頓效應和太陽光譜線的缺陷等，最終產生全新的物理理論：量子力學[7]。
原子和分子物理學
原子物理学是原子分子与光物理学的一个领域，通常研究原子核和电子组成的孤立系统。与此相对应的分子物理学通常研究分子的物理性质，例如多个原子散射构成分子的过程。 原子物理通常被认为与核动力或核武器有关，这是对两个近义词“原子的”(atomic)和“原子核的”(nuclear)的概念混淆所致。 然而，对物理学家而言，在原子物理的研究中——将原子作为一个整体系统包括原子核与其核外电子；而在核物理的研究中——通常只考虑原子核及核子的演变。 原子和分子物理学的重要实验方法通常包括不同形式的光谱学。 分子物理通常与理论化学，物理化学，和化学物理的研究方向有交叠。 [8]
这两个领域主要关注的内容是电子结构和电子结构改变的动态过程。 一般来讲人们通常使用量子力学来研究这些过程。在分子物理学的领域，这些方法也通常被称为量子化学。 分子物理学中一个很重要的方法是，将原子物理学中原子轨道理论延伸为分子轨道理论。 [9] 分子物理学通常关注分子中的原子过程，同时也关注不同分子结构带来的影响。 除了原子中存在电子的激发态，分子也存在不同的转动或振动激发态。 这些转动或振动过程也是量子化的，它们存在分立的能级。 不同的转动量子态中存在的最小的能量差所对应的谱线通常在远红外区域(大约30-150微米波长)，这也是纯的分子转动谱线的特征，而振动谱线通常处于近红外区域（约1-5微米）。 这种光谱特性导致电子跃迁对应的光子能量通常在可见光和紫外区域。 通过测量分子的转动和振动光谱的特性，我们可以计算出分子中原子核之间的距离。 [10]
与许多其他科学领域类似，并没有必要严格的区分这两个领域。通常人们使用“原子物理学”来指代广义的原子分子和光物理学。原子分子和光物理学也被认为是物理学众多研究领域下的一个大分类。
光物理學
参考文献
- ^ 清華大學物理系原子分子与光物理. 清華大學 (北京). 2016-03-06 （中文（繁體））.
- ^ Atomic, molecular, and optical physics. National Academy Press. 1986. ISBN 0-309-03575-9.
- ^ Editor: Gordon Drake (Various authors). Handbook of atomic, molecular, and optical physics. Springer. 1996. ISBN 0-387-20802-X.
- ^ Chen, L. T. (ed.). Atomic, Molecular and Optical Physics: New Research. Nova Science Publishers. 2009. ISBN 978-1-60456-907-0.
- ^ 5.0 5.1 R. E. Dickerson, I. Geis. chapters 7, 8. Chemistry, Matter, and the Universe. W.A. Benjamin Inc. (USA). 1976. ISBN 0-19-855148-7.
- ^ Y.B. Band. Light and Matter: Electromagnetism, Optics, Spectroscopy and Lasers. John Wiley & Sons. 2010: 4–11. ISBN 978-0471-89931-0.
- ^ P. A. Tipler, G. Mosca. chapter 34. Physics for Scientists and Engineers - with Modern Physics. Freeman. 2008. ISBN 0-7167-8964-7.
- ^ C.B. Parker. McGraw Hill Encyclopaedia of Physics 2nd. McGraw Hill. 1994: 803. ISBN 0-07-051400-3.
- ^ R. E. Dickerson; I. Geis. chapter 9. Chemistry, Matter, and the Universe. W.A. Benjamin Inc. (USA). 1976. ISBN 0-19-855148-7.
- ^ I.R. Kenyon. chapters 12, 13, 17. The Light Fantastic – Introduction to Classic and Quantum Optics. Oxford University Press. 2008. ISBN 978-0-19-856646-5.
