Предисловие

По традиции подготовки физиков в университетах России раздел «Атомная физика» является составной частью общего курса физики, и этим определяются его цели и задачи. Современная физика атомов и молекул целиком основана на квантовых понятиях и представлениях, которые кажутся довольно трудными при первоначальном изучении. Поэтому целесообразно подходить к изучению атомных явлений на основе картины развития науки на определенном этапе как результата разрешения возникавших в свое время физических трудностей и противоречий.

Атомная физика неразрывно связана со спектроскопией — наукой о спектрах, поскольку анализ спектров атомов и молекул с большой точностью позволяет судить об их структуре и свойствах и об элементарных процессах, происходящих в атомной системе. Многие спектральные закономерности были обнаружены и объяснены с помощью различных эмпирических правил задолго до создания квантовой теории, но лишь квантовая теория дала их последовательное объяснение, разработала теорию измерений и методы расчета атомно-молекулярных систем. В отличие от других разделов общего курса физики, в курсе «Атомной физики» используется довольно сложный математический аппарат, при этом должное внимание уделяется решающим экспериментам XX в. и опытным фактам, а также различным атомным процессам и явлениям, многие из которых реализованы в современных приборах и устройствах, таких как мазеры, лазеры, микромазеры, компьютеры, различные полупроводниковые устройства и т. п. Атомные явления столь широки и разнообразны, что многие из них стали предметом самостоятельных и важных разделов современной физики. Это — физика плазмы, физика твердого тела, квантовая электроника, квантовая оптика, физика низких температур и т. д. Атомная физика не является «застывшей» наукой, и в последнее время обнаружено

много новых интересных явлений, например многофотонная ионизация, стабилизация атома в сверхатомном поле, подавление спонтанной эмиссии, глубокое охлаждение атомов и т. д. Были открыты новые атомные структуры — новые элементы периодической системы, фул- лерены, молекулы эксиплексы, графен и т. д. Кроме того, были проведены современными методами (и продолжают проводиться!) многие прямые эксперименты, которые с высокой точностью подтвердили правильность основных понятий и представлений квантовой теории.

В рамках учебника невозможно и нецелесообразно охватить весь круг атомных явлений. Поэтому в издании изложены лишь основные квантовые понятия и представления и рассмотрены основные свойства и строение атомов и молекул, а также фундаментальные эффекты и квантовые явления. Более подробная информация может быть получена из специальных источников, на которые даются ссылки. Учебник содержит некоторое количество задач с решениями.

Успешное освоение учебного материала невозможно без систематической самостоятельной работы. В помошь организации и упорядочения этой работы издание снабжено методическими материалами, содержащими контрольные вопросы и задачи по основным разделам курса.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать

• • экспериментальные основы атомной физики;
• • основные теоретические представления и модели квантовой механики;
• • основные явления и законы физики микромира;

уметь

• • решать задачи, связанные с физикой атома и атомных явлений;
• • использовать основные законы, теоретические представления и модели квантовой механики;

владеть

• • методами решения базовых задач атомной физики, в том числе с применением информационных технологий;
• • способностью применять на практике полученные профессиональные знания и умения.

Данное издание основано на конспекте лекций, которые автор в течение многих лет читал студентам-физикам Российского университета дружбы народов.

Автор: Милантьев Владимир