1. 개요
원자를 원자핵과 그 주위를 도는 전자들로 이루어진 고립계로 보고, 이들의 구조와 상호작용을 연구하는 물리학의 한 분야다. 주로 전자의 배열, 전자껍질 구조와 이 배열이 변화하는 과정에 초점을 맞춰 연구한다. 원자물리학에서 다루는 원자는 중성 원자뿐 아니라 이온 상태의 원자까지 포괄하는 개념이다. 핵물리학이 원자핵 자체의 구조와 성질에 집중하는 것과 대비된다. 원자물리학은 플라즈마 물리학, 대기 물리학 등 다양한 분야의 기반 이론을 제공하며, 양자역학의 초기 발전과 궤를 같이 해왔다.2. 연구 분야
기본적으로 고립된 원자를 다룬다. 원자핵을 중심으로 하나 또는 그 이상의 전자가 둘러싸고 있는 형태를 모델로 상정한다. 분자의 형태는 고려하지 않으며, 각 원자가 마치 고립된 것처럼 취급될 수 있는 조건에서 연구가 진행된다. 연구의 핵심은 전자 배치와 에너지 준위의 변화다.- 전자 배치: 전자는 개념적인 전자껍질을 형성하며 핵 주위에 존재한다. 이 전자들은 에너지를 흡수하거나 방출하면서 바닥 상태에서 들뜬 상태로, 또는 그 반대로 전이한다.
- 광자 상호작용: 전자가 들뜬 상태에서 더 낮은 에너지 상태로 전이할 때, 에너지 차이만큼의 광자를 방출한다. 이 광자의 에너지, 즉 방출 스펙트럼을 분석하는 것이 중요한 연구 방법론 중 하나다.
- 이온화: 전자가 원자핵과의 결합 에너지보다 더 많은 에너지를 흡수하면 그 껍질에서 벗어나게 되는데, 이 과정을 이온화라고 부른다.