La física atòmica, l’estudi científic de l’estructura de l’àtom, els seus estats d’energia i les seves interaccions amb altres partícules i amb camps elèctrics i magnètics. La física atòmica ha demostrat ser una aplicació espectacular d’èxit de la mecànica quàntica, que és un dels pilars de la física moderna.
La idea que la matèria es fa dels blocs fonamentals fonamentals data dels antics grecs, que especulaven que la terra, l’aire, el foc i l’aigua podrien formar els elements bàsics a partir dels quals es construeix el món físic. També van desenvolupar diverses escoles de reflexió sobre la naturalesa definitiva de la matèria. Potser el més notable va ser l'escola atomista fundada pels antics grecs Leucippus de Milet i Demòcrit de Tràcia cap a 440 aC. Per raons purament filosòfiques i sense beneficis d’evidències experimentals, van desenvolupar la idea que la matèria consisteix en àtoms indivisibles i indestructibles. Els àtoms estan en moviment ininterromput a través del buit circumdant i xoquen entre si com boles de billar, semblant a la moderna teoria cinètica dels gasos. Tanmateix, la necessitat d’un buit (o buit) entre els àtoms va plantejar noves preguntes que no es podien respondre fàcilment. Per aquesta raó, Aristòtil i l'escola ateniense van rebutjar el quadre atomista a favor de la idea que la matèria és contínua. La idea va persistir, però, va aparèixer 400 anys després en els escrits del poeta romà Lucretius, en l'obra De rerum natura (Sobre la naturalesa de les coses).
Es va fer poc més per avançar en la idea que la matèria podria estar formada per partícules minúscules fins al segle XVII. El físic anglès Isaac Newton, en el seu Principia Mathematica (1687), va proposar que la llei de Boyle, que estableix que el producte de la pressió i el volum d’un gas és constant a la mateixa temperatura, es podria explicar si hom suposa que el gas és compost per partícules. El 1808, el químic anglès John Dalton va suggerir que cada element consistia en àtoms idèntics, i el 1811 el físic italià Amedeo Avogadro va fer una hipòtesi que les partícules dels elements podrien consistir en dos o més àtoms units entre si. Avogadro va anomenar molècules de conglomeració i, sobre la base de treballs experimentals, va conjecturar que les molècules en un gas d’hidrogen o oxigen es formen a partir de parells d’àtoms.
Durant el segle XIX es va desenvolupar la idea d’un nombre limitat d’elements, cadascun format per un tipus particular d’àtom, que podia combinar en un nombre gairebé il·limitat de formes de formar compostos químics. A mitjan segle, la teoria cinètica dels gasos va atribuir amb èxit fenòmens com la pressió i la viscositat d’un gas als moviments de partícules atòmiques i moleculars. Cap al 1895, el creixent pes de l’evidència química i l’èxit de la teoria cinètica deixaven poc dubte que els àtoms i les molècules eren reals.
L’estructura interna de l’àtom, però, es va fer palesa només a principis del segle XX amb l’obra del físic britànic Ernest Rutherford i els seus estudiants. Fins als esforços de Rutherford, un model popular de l’àtom havia estat l’anomenat model de “poda de pruna”, defensat pel físic anglès Joseph John Thomson, que va afirmar que cada àtom consta d’un nombre d’electrons (prunes) incrustats en un gel. de càrrega positiva (púding); la càrrega negativa total dels electrons equilibra exactament la càrrega positiva total, produint un àtom neutre elèctricament. Rutherford va dur a terme una sèrie d'experiments de difusió que van desafiar el model de Thomson. Rutherford va observar que quan un feix de partícules alfa (que ara se sap que són nuclis d’heli) va colpejar una làmina prima d’or, algunes de les partícules van ser desviades cap enrere. Unes desviacions tan grans eren inconsistents amb el model de budell de pruna.
Aquest treball va suposar el model atòmic de Rutherford, en què un gruix gros de càrrega positiva està envoltat per un núvol d’electrons de llum. El nucli està format per protons carregats positivament i neutrons elèctricament neutres, cadascun dels quals és aproximadament 1.836 vegades més massiu que l'electró. Com que els àtoms són tan minusculars, les seves propietats s’han de deduir per tècniques experimentals indirectes. Entre elles, l'espectroscòpia s'utilitza per mesurar i interpretar la radiació electromagnètica emesa o absorbida pels àtoms en passar per un estat energètic a un altre. Cada element químic irradia energia a longituds d'ona distintives, que reflecteixen la seva estructura atòmica. Mitjançant els procediments de la mecànica d’ones, les energies dels àtoms en diversos estats energètics i les longituds d’ona característiques que emeten es poden calcular a partir de certes constants físiques fonamentals: a saber, la massa i la càrrega d’electrons, la velocitat de la llum i la constant de Planck. A partir d’aquestes constants fonamentals, les prediccions numèriques de la mecànica quàntica poden donar compte de la majoria de les propietats observades de diferents àtoms. En particular, la mecànica quàntica ofereix una comprensió profunda de la disposició d’elements de la taula periòdica, mostrant, per exemple, que els elements de la mateixa columna de la taula haurien de tenir propietats similars.
En els darrers anys la potència i la precisió dels làsers han revolucionat el camp de la física atòmica. D'una banda, els làsers han augmentat dràsticament la precisió amb què es poden mesurar les longituds d'ona característiques dels àtoms. Per exemple, els estàndards moderns de temps i freqüència es basen en mesures de freqüències de transició en cesi atòmic (vegeu rellotge atòmic), i la definició del mesurador com a unitat de longitud està relacionada amb les mesures de freqüència a través de la velocitat de la llum. A més, els làsers han fet possible tecnologies completament noves per aïllar els àtoms individuals en trampes electromagnètiques i refrigerar-les fins a zero absolut. Quan els àtoms es posen fonamentalment a reposar a la trampa, poden experimentar una transició de fase mecànica quàntica per formar un superfluid conegut com a condensació de Bose-Einstein, tot i que es mantenen en forma de gas diluït. En aquest nou estat de matèria, tots els àtoms es troben en el mateix estat quàntic coherent. Com a conseqüència, els àtoms perden la seva identitat individual i les seves propietats quàntiques d’ona mecànica queden dominants. Tot el condensat respon a les influències externes com una sola entitat coherent (com una escola de peixos), en lloc de com una col·lecció d’àtoms individuals. Treballs recents han demostrat que un feix coherent d'àtoms es pot extreure de la trampa per formar un "làser àtom" anàleg al feix coherent de fotons en un làser convencional. El làser àtom encara es troba en una fase inicial de desenvolupament, però pot convertir-se en un element clau de les futures tecnologies per a la fabricació de dispositius microelectrònics i altres nanoescala.
![Europa del bloqueig de Berlín [1948–1949]](https://images.thetopknowledge.com/img/world-history/3/berlin-blockade-europe-19481949.jpg "Europa del bloqueig de Berlín [1948–1949]")
