原子物理学
原子物理学（英语：Atomic Physics），研究原子的结构和性质及原子与电磁辐射和其它原子相互作用的科学。主要研究：①原子的电子结构。②原子的能级结构和光谱规律。③原子之间或原子与其他物质的碰撞和相互作用。
概述
原子结构模型的建立
1897年J.J.汤姆孙发现电子，论证电子普遍存在，并确认它是各种原子的共同组成部分之后，对于在中性的原子内，正电荷和电子质量以及电子是如何分布的，成为摆在物理学家面前的首要问题。1904年汤姆孙提出原子的正电荷和质量均匀分布于原子体内、电子镶嵌在体内的“葡萄干圆面包模型”。1911年E.卢瑟福分析α粒子散 射实验与汤姆孙原子模型的明显歧离，提出原子的有核模型，原子的正电荷和质量分布在中心很小的核内。原子的有核模型得到a粒子散射更为深入的实验研究支持而被普遍接受。但是在原子的有核模型中，电子绕核运动有加速度，根据经典电动力学，将不断向外辐射能量，电子将最终塌缩于原子核，因而原子是不稳定的；而且电子绕核运动发出连续谱也与实际上原子的线状光谱不符。这些事实表明，研究宏观现象确立的经典电动力学不适用于原子中的微观过程，因此需要进一步探索原子内部运动规律，建立适合于微观过程的原子理论。
原子物理学和量子力学
1913年N.玻尔在卢瑟福的原子有核模型基础上，结合原子光谱的经验规律，应用M.普朗克、A.爱因斯坦的量子概念，提出原子结构的新假设，建立玻尔 氢原子理论，成功地解决了原子的稳定性问题，并说明了原子光谱的规律性。玻尔理论是原子理论发展的重要里程碑。1924年L.V.德布罗意提出微观粒子具有波粒二象性，不久被实验证实，1926年E.薛定谔、W.K.海森伯、M.玻恩、P.A.M.狄拉克等人建立微观粒子运动规律的量子力学。量子力学的建立为解决原子问题提供了锐利的武器，量子力学在阐明原子现象的种种问题中也逐步发展和完善，从而开创了近代物理的新时代。20世纪30年代可称为原子物理的时代。原子物理学取得丰硕的成果，原子能级的结构和能级的精细结构、原子在外场中的能级结构、原子光谱规律、原子的电子壳层结构以及原子的深层能级结构和X射线标识谱等问题相继圆满解决，所获得的关于原子结构的种种知识成为了解分子的结构，固体的性质，以及说明许多宏观现象和规律的基础。
原子物理学的新阶段
20世纪50年代末期，由于空间技术、空间物理和核试验的发展，不仅要求精确测定原子光谱的波长、研究原子的能级，而且对于谱线强度、跃迁几率、碰撞截面等也要求提供准确的数据，因此要求对原子物理进行新的实验和理论探索。原子物理学的发展曾对激光的产生和激光技术的发展作出重大贡献。激光问世之后，应用激光技术研究原子物理学问题，实验精度有了很大提高，从而发现很多新现象和新问题。微波波谱学新的实验方法也成为研究原子能级结构的有力工具。因此原子物理学的研究又重新成为很活跃的领域。原子碰撞研究已成为原子物理学的一个主要发展方向，研究课题非常广泛，涉及光子、电子、离子、中性原子等与原子和分子碰撞的物理过程，应用和发展了电子束、离子束、粒子加速器、同步辐射加速器、激光光源和各种能谱仪等测谱设备，以及电子、离子探测器、光电探测器和微弱信号检测方法，电子计算机的应用，加速了理论计算和实验数据的处理。原子光谱与激光技术的结合，达到了前所未有的高分辨率，利用激光高功率密度发展了非线性光 学，饱和吸收、双光子吸收和多光子吸收等成为原子物理学中另一个十分活跃的研究方向。极端物理条件(高温、低温、高压、强场)下和特殊条件(高激发态、高离化态)下原子的结构和物性的研究也已成为原子物理研究中的重要课题。60年代开始发展起来的将低能离子长时间约束在一个很小的空间范围内运动的离子存储技术，使人们可以从实验上近似得到孤立的、静止不动的单个带电粒子。近年来利用激光技术将中性原子降温减速并约束于空间很小范围内的原子囚禁技术取得重要的成果。这种存储技术正被应用于多种原子物理测量工作，测量精度更进一步提高，已成为量子电动力学理论最精确的检验手段之一，并可望建立新的精度更高的光频标准。
原子物理学是其他基础科学和技术科学如化学、生物学、空间物理、天体物理、物理力学等的基础，激光技术、核技术和空间技术的研究也都要求原子物理学提供重要数据，因此研究和发展原子物理学至今仍有十分重要的理论和实际意义。
背景
原子的起源
对原子概念的记述可以上溯到古印度和古希腊。有人将印度的耆那教的原子论认定为开创者大雄在公元前6世纪提出，并将与其同时代的彼浮陀伽旃延和顺世派先驱阿夷陀翅舍钦婆罗的元素思想也称为原子论。正理派和胜论派后来发展出了原子如何组合成更复杂物体的理论。在西方，对原子的记述出现在公元前5世纪留基伯和德谟克利特的著作中。对于印度文化影响希腊还是反之，亦或二者独立演化是存在争议的。
对于光谱的研究
光谱是研究原子物理学的重要途径之一。不同元素原子光谱中谱线的发现和深入研究标志着原子物理学的开端。谱线是指光谱中细锐的峰，出现于受激发的原子（辐射或热激发的离子（参见火焰））或发光自由原子（自由原子是指气体或蒸汽状态下存在的原子，与其他原子距离足够远，相互作用可以忽略）。
在对于谱线的研究基础上，产生了波耳模型，直至现今描述原子中电子壳层结构的原子轨道模型，该模型是今天我们对于化学的所有认识的基础。这些结论并不是显而易见的，而是人们经过了一个世纪的探索，最终成功地为化学建立起坚实的基础，同时，原子物理学也在其他许多方面有着广泛的应用。
近代物理中的原子
1911年物理学家欧尼斯特·拉塞福实验用α粒子穿过金箔产生的散射现象，证明原子含有直径约10费米质量与电荷中心，完整的原子尺寸约0.1奈米他设想原子中心为带正电的核，核周围有带负电的电子做轨道运动。但根据古典力学原理，这样的原子会因为电子发射电磁波而不稳定。而且，所发射出来的电磁波波谱不符合所观测到的原子光谱。
这些问题在1913年被丹麦物理学家波耳改进的原子模型所解决，在波耳模型中位于特殊轨道的电子具有取决于轨道半径才拥有特定的能量（这个能量值后来被称作能级）。因为仅允许有特定轨道，所以电子只具有特定能量，产生特定允许能阶图。电子在允许轨道上部发射电磁能，但电子从一个轨道跃迁到另一个轨道上时，发射或吸收的能量为两轨道允许能量的差值，而这正与所观察到的原子光谱一致。
虽然波耳模型提供了一种有用的形象化模型，但近代原子理论还是采用量子力学而向前发展。电子具有波动性，因此波耳轨道模型可以解释为一种要求，以适合绕核电子波的总波数。原子中的电子较好地被表示为标以特定量子数组合的电荷分布，而不是在圆轨道上的点状粒子。量子数的每种可能的组合对应到一个阶级，虽然不完全能被立即占据 。波耳的理论能部份地解释原子光谱，而现代量子理论则能明确地详细计算光谱。
基态原子的电子的量子数，严格地确定了原子在周期表上的位置；而电子结构则确定与其它原子形成化学键的类型。氢原子的特性可以非常精确的计算，但对于较复杂的原子，预期特性的问题就变的非常困难。光谱学与原子间的碰撞被用于检测对能阶何其他特性所做的预测。原子物理的直接技术应用包括激光和原子钟。
与核物理学的区别和联系
由于“原子”（atomic）和“核”（nuclear）在英语中常常作为同义词使用，很多人把“原子物理学”这一概念和核能或者核武器联系在一起。然而，物理学家将原子物理学同研究原子核内的核子相互作用，以及研究改变、融合、分拆核子的核反应的核物理学区别开来：原子物理学主要研究原子中电子云的行为，以及其在核子的总自旋，电荷作用下产生的效应。
研究论题
一些前沿的研究论题为：
- 使用激光光谱学的技术来测量μ-氢原子的兰姆位移，物理学者发现，质子的尺寸小于先前测量结果，这个质子半径之谜（proton radius puzzle）意味着，超精准的量子电动力学是否可能有瑕疵。
- 在未来对于反氢原子进行精密光谱学测量时，是否能够探测到物质与反物质的微小差别？
- 应用原子钟的精准计时能力，物理学者正在做实验测量基础常数是否会缓慢地改变。
