Атомна фізика — розділ фізики, що вивчає будову і властивості атомів та іонів, а також пов'язані з ними процеси. За сучасними уявленнями атом складається з важкого ядра та електронів, які оточують ядро і утворюють електронні оболонки. Електрони підпорядковані принципу Паулі. Структуру електронних оболонок атомів вивчають переважно за допомогою рентгенівських та оптичних спектрів. Характеристичне рентгенівське випромінювання виникає внаслідок переходів електронів з однієї внутрішньої оболонки на іншу, а оптичне випромінювання — внаслідок переходів зовнішніх (валентних електронів). Для встановлення і вивчення можливих енергетичних станів велике значення мають досліди з розсіяння електронів на атомах, наприклад досліди Франка і Герца. Важливе місце в атомній фізиці посідають також інші методи, зокрема магнітні, методи молекулярної фізики тощо.

Будову і властивості ядер та їхню взаємодію вивчає окремий розділ сучасної фізики — ядерна фізика.

Теоретична основа атомної фізики — квантова теорія (квантова механіка, квантова електродинаміка), що дозволяє пояснити величезну сукупність мікроскопічних явищ на атомно-молекулярному рівні. Істотно, що будова і властивості атома як системи, що складається з ядра і електронів, і характеристики випромінювальних і безвипромінювальних елементарних процесів, що протікають на цьому рівні, визначаються електромагнітною взаємодією (на відміну від ядерної фізики та фізики елементарних частинок, в яких фундаментальну роль відіграють сильна взаємодія і слабка взаємодія; причому сильна взаємодія не виявляється на характерних для атомної фізики відстанях, що перевищують 10⁻¹² см, а слабка взаємодія повинна приводити в атомній фізиці до вельми цікавих, але дуже малих за величиною ефектів).

Виникненню атомної фізики передував розвиток атомістичних уявлень про будову речовини. Початкові ідеї про існування атомів як дрібних неподільних і незмінних частинок матерії були висловлені в Стародавній Греції в 5-3 ст. до н. е. (Демокріт, Епікур). У період становлення точного природознавства в 17-18 ст. атомістичні уявлення в різних формах розвивали Йоганн Кеплер, П'єр Ґассенді, Рене Декарт, Роберт Бойль, Ісаак Ньютон, Михайло Ломоносов, P. Бошкович та інші. Однак ці уявлення мали гіпотетичний характер і лише з кінця 18-го — початку 19 ст. експериментальні дослідження властивостей речовини привели до створення атомістичних теорій.

На основі встановлених кількісних хімічних законів і законів ідеальних газів з початку 19 ст. стала розвиватися хімічна атомістика (Джон Дальтон, Амедео Авогадро, Єнс Якоб Берцеліус), в середині 19 ст. чітко розмежовані й визначені поняття атома і молекули (Станіслао Канніццаро, в 1869 Дмитро Менделєєв відкрив періодичний закон хімічних елементів (див. Періодична система елементів) . Уявлення фізичної атомістики лягли в основу розвитку молекулярної фізики, зокрема кінетичної теорії газів (середина 19 ст.), і класичної статистичної фізики (2-га половина 19 ст. , Рудольф Клаузіус, Джеймс Клерк Максвелл, Людвіг Больцман, Джозая Віллард Ґіббз) . B кінці 18-19 ст. почало розвиватися вчення про внутрішню будову кристалів та їхні симетрії (Рене-Жюст Аюї, Огюст Браве, Євраф Федоров, Моріц Шенфліс^[en]) на основі атомістичних уявлень (див. Симетрія кристалів, ґратка Браве). Однак в 19 ст. хімічна та фізична атомістика й атомістика в кристалографії не мали загальної теоретичної основи, нею стала у 20 ст. квантова теорія будови атомів, молекул і кристалів, створена в результаті розвитку атомної фізики.

Виникнення сучасної атомної фізики пов'язано з відкриттями електрона (1897) і радіоактивності (1896). Вони створили основу для побудови моделей атома як системи електрично заряджених частинок, що взаємодіють між собою. Найважливішим етапом розвитку атомної фізики стало відкриття Ернестом Резерфордом в 1911 атомного ядра і розгляд атома на основі квантових уявлень Нільсом Бором в 1913. Резерфорд запропонував модель атома, що складається з центрального позитивно зарядженого ядра великої маси і розмірів, малих порівняно з розмірами атома в цілому, і з негативно заряджених електронів, що мають в порівнянні з ядром малу масу. Він експериментально обґрунтував цю модель дослідами з розсіювання α-частинок атомами. Всі властивості атома виявилися пов'язаними або з властивостями ядра (їх вивчає ядерна фізика), або з властивостями електронних оболонок атома.

Будова електронних оболонок визначає хімічні та більшість фізичних властивостей атома і періодичність цих властивостей залежно від основних характеристик атома в цілому — величини позитивного заряду його ядра.

На основі законів класичної фізики не можна було поясити стійкість атома (електрони, рухаючись навколо ядра з прискоренням, повинні безупинно випромінювати і дуже швидко впасти на ядро) і лінійчасті атомні спектри, закономірності в яких підкоряються комбінаційному принципу Рітца. Вихід з цих труднощів знайшов Бор, застосувавши до атома квантові уявлення, вперше введені Максом Планком в 1900 і розвинуті з 1905 Альбертом Ейнштейном та іншими вченими. Основу квантової теорії атома Бора складають два постулати:

• 1-й постулат Бора про існування стаціонарних станів атома, перебуваючи в яких він не випромінює (стаціонарні стани мають певні значення енергії, в загальному випадку дискретні, з одного стану в інший атом може переходити шляхом квантового, стрибкоподібного, переходу),
• 2-й постулат Бора про квантові переходи з випромінюванням, що визначаються умовою частот:

Ε_i — Ε_k = hν,

де ν — частота монохроматичного електромагнітного випромінювання, що поглинається або випромінюється; Ε_i та Ε_k — енергії стаціонарних станів, між якими відбувається перехід.

Постулати Бора були всебічно підтверджені експериментально, виявилися застосовними для інших мікросистем (молекул, атомних ядер) і отримали теоретичне обґрунтування у квантовій механіці і квантовій електродинаміці. Для визначення можливих дискретних значень енергії найпростішого атома — атома водню — в стаціонарних станах Бор застосував класичну механіку і припущення про збіг результатів квантової і класичної теорій при малих частотах випромінювання, що було формою принципу відповідності, який Бор розвивав надалі, надаючи йому великого значення; принцип відповідності відіграв велику роль у становленні квантової механіки.

• Ефект Рамзауера
• Резерфордівське розсіяння
• Комптонівське розсіювання
• Фотоефект

Атомна, молекулярна і оптична фізика

1. Атомна і ядерна фізика: навчально-методичний посібник / І. І. Половинко. — Львів: Видавничий центр ЛНУ імені Івана Франка, 2010. — 542 с.
2. Білий М. У., Охріменко Б. А. Атомна фізика. — К. : Знання, 2009. — 559 с. — ISBN 978-966-346-556-2. (укр.)

1. Bransden, BH; Joachain, CJ (2002). Physics of Atoms and Molecules (вид. 2nd). Prentice Hall. ISBN 0-582-35692-X. (англ.)

• Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
• А́ТОМНА ФІ́ЗИКА [Архівовано 21 квітня 2016 у Wayback Machine.] //ЕСУ
• Атомная физика^{[недоступне посилання з червня 2019]} // Физическая энциклопедия, т. 1. М., Сов. энцикл.1988, с. 152—153.(рос.)
• (англ.) (рос.) Об'єднаний інститут ядерних досліджень ОИЯИ. [Архівовано 29 березня 2021 у Wayback Machine.]

п о р Розділи фізики Підрозділи Експериментальна фізика Прикладна фізика Теоретична фізика Енергія • Рух Механіка Квантова механіка Класична механіка Механіка Гамільтона Механіка Лагранжа Механіка суцільних середовищ Гідроаеромеханіка Механіка деформівного твердого тіла Фізична кінетика Статистична механіка Термодинаміка Поле • Хвилі Гравітація Електромагнетизм Електрика Магнетизм Квантова теорія поля Теорія відносності Загальна теорія відносності Спеціальна теорія відносності Спеціалізовані Акустика Акустооптика Атомна, молекулярна і оптична фізика Атомна фізика Молекулярна фізика Фізика полімерів Обчислювальна фізика Оптика Геометрична оптика Квантова оптика Нелінійна оптика Фізична оптика Статистична фізика Фізика прискорювачів Фізика конденсованих середовищ Фізика твердого тіла Фізика елементарних частинок Феноменологія елементарних частинок Фізика плазми Цифрова фізика Ядерна фізика Суміжні Агрофізика Фізика ґрунтів Астрофізика Фізика астрочастинок Геліофізика Фізика Сонця Космологія Фізична космологія Небесна механіка Фізика космічної плазми Ядерна астрофізика Біофізика Біомеханіка Біофізика серця Медична фізика Нейрофізика[en] Геофізика Гідрофізика Еконофізика[en] Математична фізика Матеріалознавство Кристалографія Кристалооптика Психофізика Радіофізика Технічна фізика Фізика атмосфери[en] Хімічна фізика Портал:Фізика