Laphysique atomique est le champ de laphysique qui étudie lesatomes en tant que systèmes isolés qui comprennent lesélectrons et lenoyau atomique. Elle se concentre essentiellement sur l'arrangement des électrons autour du noyau et sur la façon dont celui-ci est modifié. Cette définition englobe tant lesions que les atomes électriquement neutres.
Puisque « atomique » et « nucléaire » sont utilisés de façon synonyme dans le langage courant, la physique atomique est souvent confondue avec laphysique nucléaire. Cependant, lesphysiciens considèrent que la physique nucléaire se concentre principalement sur le noyau atomique.
La physique atomique considère toujours les atomes de façon isolée, c'est-à-dire qu'un modèle est toujours composé d'un noyau et d'électrons qui orbitent autour. Elle n'est pas concernée par la formation desmolécules (même si la théorie physique en jeu est transposable), ni par laphysique du solide. Elle considère les processus d'ionisation, d'excitation par lesphotons et decollisions entre particules atomiques.
Il peut sembler que la modélisation d'atomes en isolation ne reflète pas la réalité. Les atomes peuvent former ungaz ou unplasma, où l'échelle de temps pour les interactions entre atomes est énorme comparée aux processus atomiques dont la théorie se préoccupe. En conséquence, les atomes sont la plupart du temps isolés dans la réalité. C'est pour cette raison que cette théorie est utile à la modélisation des plasmas et à l'étude de l'atmosphère, même si les deux contiennent d'énormes quantités d'atomes.
Un électron peut être suffisamment excité pour échapper à l'attraction du noyau. On dit alors que le reste de l'atome est un ion, c'est-à-dire un quasi atome électriquement chargé.
La plupart des domaines en physique sont soit théoriques, soit expérimentaux. Il en va de même de la physique atomique. Le progrès d'un domaine se fait la plupart du temps en s'appuyant sur deux piliers : (1) modélisation et (2) validation. Si la validation ne peut confirmer le modèle, ce dernier est à revoir. De même, si le modèle prédit un comportement qui ne peut être validé avec les outils disponibles, d'autres outils sont éventuellement développés pour confirmer ou infirmer le modèle. La technologie présente a une incidence majeure sur le développement d'un modèle, car les outils plus précis sont le plus souvent issus de nouvelles technologies.
À l'évidence, le premier pas essentiel à l'élaboration d'unethéorie atomique est la reconnaissance que la matière est composée d'atomes, dans le sens moderne d'unité de base deséléments chimiques. Cette théorie a principalement été développé par le chimiste et physicienJohn Dalton auXVIIIe siècle. À cette époque, la notion d'atome était floue, même si les propriétés pouvaient être décrites et classées dans untableau périodique.
La naissance moderne de la théorie remonte à la découverte desraies spectrales et les tentatives pour décrire le phénomène,Fraunhofer se démarquant particulièrement. L'étude de ces raies a mené la construction dumodèle de Bohr et à la naissance de lathéorie des quanta. En tentant de décrire mathématiquement le spectre atomique, un tout nouveaumodèle mathématique est apparu. En ce qui concerne les atomes et leurnuage d'électrons, ce modèle a non seulement fourni une meilleure description via lemodèle atomique orbital, mais a aussi donné de nouvelles fondations théoriques à lachimie, lachimie quantique, et à laspectroscopie.
Depuis laSeconde Guerre mondiale, tant la partie théorique qu'expérimentale ont progressé à grands pas. C'est principalement dû à l'émergence de l'informatique qui a permis de développer des modèles plus sophistiqués, mathématiquement parlant, de la structure atomique et des processus de collisions. Les progrès notables enregistrés dans lesaccélérateurs de particules, lesdétecteurs de particules, les générateurs de champs magnétiques et leslaser ont grandement appuyé les efforts de recherche.
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