Vii. RÉSz atomhéjfizika

VII. RÉSZ

ATOMHÉJFIZIKA

Írta: DR. KÜRTI JENŐ

A 19. század végére sikerült feltárni, hogy az anyag nem folytonos, hanem igen apró – 10^-10 m nagyságrendjébe eső méretű – atomokból illetve azok összekapcsolódásával kialakuló molekulákból épül fel. Az ehhez a felismeréshez vezető legfontosabb lépésekkel – állandó- (Proust, 1799) és többszörös (Dalton, 1803) súlyviszonyok törvénye, Avogadro törvénye (1811), Brown-mozgás (1827), kinetikus gázelmélet (Krönig, 1856; Boltzmann, ???) – már korábban megismerkedtünk (Fizika II. kötet, II. rész), ezért azokat nem tárgyaljuk újra.

Faradaynek az elektrolízisre vonatkozó törvényei (1837) ugyanakkor rámutattak arra, hogy az anyagok elektromos töltése is adagos természetű (Fizika II. kötet, II. rész ?!). Az ionok („elektromos töltéssel rendelkező atomok”) felfedezésén kívül a Mengyelejev-féle periódusos rendszerben (1869) megmutatkozó szabályosságok is azt sugallták, hogy az atomok talán kisebb, pozitív illetve negatív elektromos töltésű alkotórészekből állnak. Ennek ellenére egészen a 19. század végéig az atomra – híven a név eredeti görög jelentéséhez – mint az anyag legkisebb, tovább már nem osztható részére tekintettek.

Az atom összetett szerkezetének felismerése, a modern atomfizika kibontakozása a röntgensugárzás (Röntgen, 1895), a radioaktivitás (Becquerel, 1896) és az elektron (Thomson, 1897) felfedezésével kezdődött. 1911-ben Rutherford radioaktív a-sugárzásnak vékony fémfóliákon történő áthaladását illetve a fóliáról való visszaszóródását vizsgálta és a szórás szögfüggésének tanulmányozásából arra a következtetésre jutott, hogy az atomok egy nagyon kis kiterjedésű (10^-14 m sugarú), pozitív töltésű atommagból – amelyben az atom szinte teljes tömege koncentrálódik – és egy ennél mintegy tízezerszer nagyobb sugarú negatív elektronfelhőből állnak (… fejezet ?!).

Az atomhéjfizika alatt az atomfizikán belül egy szűkebb területet értünk, azt amely az elektronburokkal kapcsolatos jelenségekkel foglalkozik: az atomok és molekulák szerkezetével, egymással illetve a fénnyel való kölcsönhatásaikkal. Tágabb értelemben idetartoznak a kondenzált anyagokban (elsősorban a szilárd testekben) lejátszódó azon jelenségek is, amelyekért az elektronok a felelősek.

Az atomok és molekulák valamint a fény viselkedésének megismerése, (megértése) párhuzamosan történt a modern fizika alapját jelentő kvantumfizika kidolgozásával, amelynek születési éve 1900, ekkor jelent meg Max Planck híres dolgozata a fekete test sugárzásáról. Az atomi szinten lejátszódó jelenségek a kvantummechanika fogalmaival, törvényeivel tárgyalhatók. Ezért ebben a részben először a kvantumfizika előzményeit és a kvantummechanika alapjait ismertetjük. Ezután tárgyaljuk az atomok, molekulák és – érintőlegesen – a kondenzált anyagok leglényegesebb tulajdonságait. Végül bemutatjuk az atomok és molekulák (tulajdonságainak) kísérleti vizsgálatában használatos legfontosabb spektroszkópiai módszereket (?).

- …

VII. A) A KVANTUMFIZIKA KIALAKULÁSA SZEMPONTJÁBÓL LEGFONTOSABB KÍSÉRLETEK

Ebben a részben azokat a legfontosabb kísérleti eredményeket mutatjuk be – nem feltétlenül időrendben – amelyek a kvantumfizika kialakulásában döntő szerepet játszottak. Elsőként és legrészletesebben a hőmérsékleti sugárzást tárgyaljuk, mivel ennek az értelmezése jelentette az első szakítást a hagyományos, newtoni ún. klasszikus fizika gondolatvilágával, amennyiben Max Planck 1900-ban megjelent híres cikkében merült fel először, hogy bizonyos fizikai mennyiségek, mint pl. az energia nem vehet föl folytonosan akármilyen értékeket, hanem az értékkészlete diszkrét, adagos, kvantumos.