原子物理发展近况.PDFVIP

原子物理發展近況 黃克寧 國立台灣大學 物理學系 中央研究院 原子與分子科學研究所 e-mail: knhuang@mcrrpa.iams.sinica.edu.tw 張稚卿 國立新竹師範學院 自然科學教育學系 e-mail: jcchang@nhctc.edu.tw 一 緒論 一.一 研究領域的急速拓展 原子物理的傳統研究範疇為，探討原子、分 新研究工具的發明，及原子物理與應用科學的 子 、與其離子的結構，以及研究電子、原子、分子 密切關係，促使原子物理的研究領域，在近年來急 與電磁場彼此間交互作用所產生的物理現象。原子 速地拓展。例如，計算機的應用使實驗研究者，能 裏電子的分佈，及其與原子核間的電磁作用，決定 精確地控制儀器，並迅速擷取實驗數據。此外，雷 所有化學與生命合成物的性質。而這些電子與原子 射與同步輻射等技術的發展，開創精確光譜的研 核間的交互作用，也是液體及固體中親和力的來 究 。雷射具有高強度、單色性、高同調、以及超短 源 。事實上，原子裏電子與原子核間的電磁作用， 脈衝等優良特性。以目前的雷射波長，極適用於低 決定大部分日常生活中，所見到的物理及化學現 束縛能電子的研究。而與此相輔的同步輻射，提供 象 ，例如：日光燈的螢光、水的沸騰、電視影像管 強度大、偏極性高之連續光源，且其波長可達伽瑪 中電子束的軌跡、及各種化學反應等。因此，原子 射線的範圍，因此可用以研究高束縛能電子。 物理是銜接微觀及宏觀科學最主要的環節之一，在 自然科學領域中，具極重要的地位。 一.二 精確性與多元性 在量度的精確性及發展的多元性上，原子物理 今日實驗上，已經可以產生多種原子與分子 更具有其獨特性。微觀的物理理論及其基本對稱 態 ，如極化電子、極化原子、高游離原子、多電子 性，往往是由原子物理來做高精密度的驗證。同 激發態、近似宏觀態、高角動量態等。這些系統的 時 ，原子物理也是研究化學、天文、電漿、和工業 交互作用，及其物理化學性質，都是原子物理研究 技術等的基礎。現今，原子科學家在環境污染、大 的主要領域。再加上近廿年來，真空技術、電子技 氣動力學、生命科學、及能源等研究範疇中，均有 術 、探測技術、低溫技術、超導技術、加速器、材 極為特殊的貢獻。 料科技的發展，以及精密工業的需求，更奠定了今 ■ 527 ■ 物理雙月刊（廿三卷五期）2001 年 10 月 日原子物理朝精確性與多元性發展的方針。 科學研究的新方向。尤其是近年來科技的高度發 展 ，使得由微觀層次所得的資料，與科技的關係更 一.三 銜接微觀與宏觀科學 為密切，以致原子物理成為科技發展的先驅。 原子物理在自然科學領域中，具有舉足輕重的 地位的另一個主要因素，是它與其他許多基本及應 一.六 影響國家政策 用科學的密切關係。宏觀上整體的物理效應，往往 此外，原子物理的研究，亦影響國家的政策， 取決於微觀的光子、電子、離子、原子或分子的特