Elektron, eksi bir temel elektrik yüküne sahip bir atomaltı parçacıktır. Lepton parçacık ailesinin ilk nesline aittir ve bileşenleri ya da bilinen bir alt yapıları olmadığından genellikle temel parçacıklar olarak düşünülürler. Kütleleri, protonların yaklaşık olarak 1/1836'sı kadardır. Kuantum mekaniği özellikleri arasında, indirgenmiş Planck sabiti (ħ) biriminde ifade edilen, yarım tam sayı değerinde içsel bir açısal momentum (spin) vardır. Fermiyon olmasından ötürü, Pauli dışarlama ilkesi gereğince iki elektron aynı kuantum durumunda bulunamaz. Temel parçacıkların tamamı gibi hem parçacık hem dalga özelliklerini gösterir ve bu sayede diğer parçacıklarla çarpışabilir ya da kırınabilirler.
Yarı iletken üzerine yapılan mekanik işin etkisiyle iletken özelliği kazanabilen, normal şartlar altında yalıtkan olan maddelerdir.
Spin ya da dönü, temel parçacıklar ve dolayısıyla bileşik parçacıklar (hadronlar) ve atom çekirdeklerince taşınan korunan bir niceliktir.
Pauli dışarlama ilkesi ya da Pauli dışlama ilkesi, iki ya da daha çok özdeş fermiyonun aynı kuantum durumda olamayacağını belirten bir kuantum mekaniği yasasıdır. Bu yasa, kuramsal fizikçi Wolfgang Pauli tarafından 1925 yılında bulunmuştur. İlk bulunuşunda yasa yalnızca elektronlar için geçerliyken, 1940 yılında Spin-istatistik teoreminin bulunmasıyla birlikte bütün fermiyonları kapsayacak biçimde genişletilmiştir.
Madde dalgaları veya de Broglie dalgaları, maddenin dalga-parçacık ikiliğini yansıtan kavramdır. Kuram 1924'te, Louis de Broglie tarafından doktora tezinde önerilmiştir. De Broglie denklemleri dalga boyunun parçacığın momentumuyla ters orantılı olduğunu gösterir ve ayrıca de Broglie dalga boyu diye isimlendirilir. Ayrıca madde dalgalarının tekrarsıklığı, de Broglie tarafından türetildiği gibi, parçacığın toplam enerjisi E'ye – kinetik enerjisinin ve potansiyel enerjisinin toplamı – doğru orantılıdır.
Enerji seviyesi, atom çekirdeğinin etrafında katman katman biçiminde bulunan kısımların her biridir. Bu yörüngelerde elektronlar bulunur. Yörüngenin numarası; 1, 2, 3, 4, ... gibi sayı değerlerini alabilir. Yörünge numarasına baş kuantum sayısı da denir ve "n" ile gösterilir. Yörünge numarası ile yörüngenin çekirdeğe uzaklığı doğru orantılıdır.
Spektroskopi elektromanyetik radyasyon ile maddenin etkileşiminin radyasyonun dalga boyu veya frekansının bir fonksiyonu olarak ortaya çıkan elektromanyetik spektrumu (tayf) ölçen ve yorumlayan bir çalışma alanıdır. Başka bir deyişle, elektromanyetik spektrumun tüm bantlarında görünür ışıktan kaynaklı olarak meydana gelen bir kesin renk çalışmasıdır.
Atom fiziği, atomu bir bütün olarak atomların etkileşimlerini, atomun ve moleküllerin yapısı, enerji düzeyleri, dalga fonksiyonlari ve elektromanyetik geçişleri, atomlar arası bağlar, moleküler yapılar, atom modeli, atomik spektroskopide ince yapı ve aşırı ince yapı, spektroskopik gösterim ve enerji seviyeleri, geçiş olasılığı ve seçim kuralları, Zeeman olayı, Stark olayı, moleküler spektrum, iyonik bağlar, dönme, titreşim ve elektronik geçiş spektrumu, lazer gibi bölümleri- inceleyen fiziğin alt dallarından ikincisidir.
Süperakışkanlık maddenin sıfır akmazlığa sahip bir akışkan gibi davrandığı hâlidir. Bu fenomen ilk olarak sıvı helyum ile keşfedildiyse de yalnızca sıvı helyum teorisinde değil aynı zamanda astrofizik, yüksek enerji fiziği ve kuantum kütleçekimi teorilerinde de uygulama alanına girmiştir. Bu fenomen Bose-Einstein yoğunlaşması ile bağıntılıdır ancak özdeş değildir: Bütün Bose-Einstein yoğuşukları süperakışkan olmadığı gibi bütün süperakışkanlar da Bose-Einstein yoğuşuğu değildir.
Kuantum mekaniği madde ve atomların ve atom içindeki parçacıklar ölçeğinde enerji ile etkileşimlerinin davranışını açıklayan bilimsel ilkeler organıdır: Bu makaleye teknik olmayan konuların tanıtımında ulaşabilirsiniz.
Rydberg atomu çok yüksek temel nicem sayılı bir veya iki elektrona sahip bir uyarılmış atomdur Bu atomlar elektrik ve manyetik alana abartılı tepkiler vermeyi de içinde barındıran, uzun bozunma devri ve yaklaşık elektron dalgafonksiyonları, bazı şartlar altında çekirdekler etrafındaki elektronların klasik yörüngeleri gibi kendilerine has birçok özelliğe sahiptir. Çekirdek elektronları dış elektronları çekirdeğin elektrik alanından kalkanlar, öyle ki belirli bir mesafeden hidrojen atomundaki bir elektronun tecrübe ettiği gibi elektrik potansiyeli belirleyicidir.
Kuantum mekaniğinin tarihi modern fizik tarihinin önemli bir parçasıdır. Kuantum kimyası tarihi ile iç içe olan kuantum mekaniği tarihi özünde birkaç farklı bilimsel keşif ile başlar; 1838’de Michael Faraday tarafından elektron demetlerinin keşfi, Gustav Kirchhoff tarafından 1859-60 kışı siyah cisim ışıması problemi beyanı, Ludwig Boltzmann’ın 1877 yılındaki fiziksel bir sistemin enerji seviyelerinin ayrıklardan olabileceği önerisi, 1887 yılında Heinrich Hertz’in fotoelektrik etkiyi keşfetmesi ve Max Planck’ın 1900 yılında ileri sürdüğü, herhangi bir enerji yayan atomik sisteminin teorik olarak birkaç farklı “enerji elementi” ε (epsilon) ne bölünebilmesi, bu enerji elementlerinden her birinin frekansına ν orantılı olması ve ayrı ayrı enerji üretebilmesi hipotezi, aşağıdaki formülle gösterilmiştir;
Kimyasal elementlerin ya da kimyasal bileşiklerin emisyon spektrumu atom ya da moleküllerin yüksek enerji seviyesinden düşük enerji seviyesine geçişinden elde edilen elektromanyetik radyasyonun frekans spektrumudur. Yayılmış fotonun enerjisi iki enerji düzeyi arasındaki farka eşittir. Her atom için birçok mümkün geçişler vardır ve enerji düzeyleri arasındaki her geçiş spesifik enerji farkına sahiptir. Bu farklı geçişlerin toplamı, farklı ışınlar halinde gönderilmiş dalga boylarına ve emisyon spektrumunun düzenlenmesine neden olur. Her elementin emisyon spektrumu özeldir. Dahası, spektroskopi elementlerin madde içindeki bilinmeyen kompozisyonunu tespit etmek için kullanılabilir. Buna benzer olarak, moleküllerin emisyon spektrumları maddelerin kimyasal analizlerinde kullanılabilir.
Kuantum optiği yarı klasik ve kuantum mekaniği fiziğini kullanarak ışığı içeren olayları ve onun mikroskobik seviyelerdeki maddelerle etkileşimini inceler.
Atomik, moleküler ve optik fizik, bir ya da birkaç atomun ölçeğinde, madde-madde ve ışık-madde etkileşimi çalışmadır ve enerji, birkaç elektron voltları etrafında ölçeklenir. Üç alanla yakından ilişkilidir. AMO teorisi, klasik, yarı klasik ve kuantum işlemlerini kapsar. Tipik olarak, teori ve emisyon uygulamaları, elektromanyetik yayılım ve emilme, spektroskopi analizi, lazer ve mazerlerin kuşağı ve genel olarak maddenin optik özellikleri, uyarılmış atom ve moleküllerden, bu kategorilere ayrılır.
Franck–Condon ilkesi, spektroskopide ve kuantum kimyasında bir kuraldır ve titreşimsel geçişlerin yoğunluğu olarak açıklanır. Titreşimsel geçişler uygun enerjideki fotonların emme ve emisyonundan dolayı elektronik ve titreşimsel enerji seviyelerinde eş zamanlı değişiklik olur. Prensip belirtiyor ki, elektronik geçiş sırasında eğer bu iki titreşimsel dalga fonksiyonları büyük ölçüde aşar ise bir titreşimsel enerji seviyesinden diğerine değişiklik olur.
Kuantum Hall etkisi, Hall etkisinin kuantum mekaniği sürümüdür. Birbirine dik elektriksel ve manyetik alan içerisindeki bir iletken veya yarı iletkenden hem elektriksel alan yönünde hem de elektriksel ve manyetik alana dik yönde akım geçer. Geçen akıma göre her iki doğrultuda da iletkenlik ölçüldüğünde iletkenliğin manyetik alanının tersiyle doğru orantılı olduğu görülür. B=10 Tesla gibi yüksek manyetik alanlarda ise bu orantı doğrusallıktan sapar ve doldurma çarpanının belirli katlarında enine iletkenlikte düz bölgeler gözlenir. Bu bölgeler doldurma çarpanının tam sayı katlarında gözlenirse tam sayı kuantum Hall etkisi, kesirli katlarında gözlenirse kesirli kuantum Hall etkisi denir. Bu düzlüklerdeki iletkenlik değeri evrensel sabitler olan elektron yükünün karesinin, Planck sabitine bölümünün tam veya kesirli katları cinsinden gözlenir. Bu oran ince yapı sabitinin hassas olarak belirlenmesinde kullanılmaktadır. Öte yandan boyuna iletkenlik, enine iletkenlikteki manyetik alanın tersine bağlı düzlüklerin bir sonraki düzlüğe geçtiği bölgede sonlu değerler alırken düzlük bölgesinde sıfırdır.
Atomik emisyon spektroskopisi, bir numunedeki bir elementin miktarını belirlemek için belirli bir dalga boyunda bir alev, plazma, ark veya kıvılcımdan yayılan ışığın yoğunluğunu kullanan bir kimyasal analiz yöntemidir. Emisyon spektrumundaki atomik spektrum dalga boyu, elementin kimliğini verirken, yayılan ışığın yoğunluğu elementin atom sayısı ile orantılıdır.
Fotonik kristaller, ışığın hareketini kontrol eden periyodik yapılardır. Işığın bu yapılarla etkileşimi, Katı hâl fiziğinde kristal yapıların elektronlarla etkileşimine benzetilebilir; yapının periyodikliği, ışığın ilerleyemeceği bir fotonik bant aralığı oluşturur; bu bant aralığında bulunan dalga boylarındaki fotonlar fotonik kristalde ilerleyemez. Fotonik kristaller, doğada bazı canlılarda bulunmaktadır.
Kuantum biyolojisi, kuantum mekaniğinin ve teorik kimyanın biyolojik nesnelere ve problemlere uygulamalarının incelenmesidir. Birçok biyolojik süreç, enerjinin kimyasal dönüşümler için kullanılabilen biçimlere dönüştürülmesini içerir ve doğası gereği kuantum mekaniktir. Bu tür süreçler, kimyasal reaksiyonları, ışık emilimini, uyarılmış elektronik durumların oluşumunu, uyarma enerjisinin aktarımını ve fotosentezi, koku almayı ve hücresel solunum gibi kimyasal süreçlerde elektron ve protonların aktarımını içerir.
