فیزیک اتمی شاخه‌ای از دانش فیزیک است که به بررسی اتم به‌عنوان یک سیستم منفرد و متشکل از الکترون‌ها و هسته می‌پردازد. مقولهٔ اصلی این شاخه از علم فیزیک آرایش الکترون‌ها اطراف هسته و فرآیندهایی‌ست که این آرایش را تغییر می‌دهند.

فیزیک اتمی در درجهٔ نخست، اتم‌های منفرد را مد نظر قرار می‌دهد. مدل‌های اتمی یک هسته و چند الکترون در اطراف آن را شامل می‌شوند. در این مدل‌ها یونیزه شدن یا برانگیختگی توسط فوتون‌ها یا برخورد با ذرات اتمی بررسی می‌شود. تشکیل مولکول‌ها یا وضعیت اتم‌ها در حالت جامد یا مادهٔ چگال در فیزیک اتمی نمی‌گنجد.

با آنکه در زبان رایج دو اصطلاح «فیزیک اتمی» و «فیزیک هسته‌ای» مترادف شمرده می‌شوند، اما فیزیک‌دانان اصطلاح «فیزیک اتمی» را برای بررسی اتم به عنوان یک سیستم منفرد و «فیزیک هسته‌ای» را برای بررسی ساختمان هستهٔ اتم بکار می‌برند. اتم‌ها داری موادریزی به نام الکترون هستند اتم‌ها پروتون هم دارند. هر اتم مقدار کمی جرم دارد. طبق نظریه مافی فیزیک اتمی مرتبط به پروتون‌های اتم است.

فیزیک هسته‌ای (به انگلیسی: Nuclear physics) بخشی از علم فیزیک است که به بررسی خواص و ویژگی‌های هسته‌ها (هستهٔ اتم‌ها) می‌پردازد. از جمله این خواص می‌توان به خواص استاتیکی هسته‌ها مانند گشتاورهای مغناطیسی و الکتریکی، انرژی‌های بستگی و همچنین خواص دینامیکی هسته‌ها مانند مدهای واپاشی و خواص رادیو اکتیویتهٔ هسته‌ها اشاره نمود.

این شاخه از علم، پایه بسیاری از علوم جدید از جمله فیزیک ذرات بنیادی و مهندسی هسته‌ای می‌باشد. به‌طور کلی این شاخه از دانش دارای ۳۰۰ زمینه علمی- تحقیقاتی و حدود ۱۵۰ زمینه تولید فناوری‌های کاربردی می‌باشد.

بایستی بین [فیزیک اتمی] و [فیزیک هسته ای]تفاوت قائل شد. فیزیک اتمی به بررسی ساختار اتم می‌پردازد و بیشتر اوقات می‌کوشد تا به آرایش الکترون‌ها پی ببرد و راهبردهای استفاده از الکترون به هر منظور را کشف و استفاده کند؛ ولیکن فیزیک هسته ای بر روی هسته اتم متمرکز است و سعی بر این دارد که از هسته که حاوی نوکلئون‌ها (پروتون‌ها و نوترون‌ها) و کوارک‌ها (ذرات کوچکتر درون پروتون‌ها و نوترون‌ها) است انرژی بدست آورد. البته کارهای دیگری نیز مانند تعیین نیمه عمر و… هستند که مخصوص فیزیکدانان هسته ای است. با این همه، اکثریت فیزیک اتمی و هسته ای را یکی می‌شمارند.

فیزیک ذرات بنیادی (به انگلیسی: Fundamental particle physics) یا فیزیک انرژی‌های بالا یکی از شاخه‌های دانش فیزیک است که به بررسی ماهیت اجزای تشکیل‌دهنده ماده (ذرات دارای جرم) و تابش (ذرات بدون جرم) می‌پردازد.

اگرچه واژه «ذره» می‌تواند به انواع مختلفی از اجسام کوچک (مثلاً فوتون‌ها، ذرات گاز ویا حتی گرد و غبار) اشاره داشته‌باشد، فیزیک ذرات معمولاً ذراتی را بررسی می‌کند که به اندازه‌ای کوچک هستند که قابل تقسیم بیشتر نیستند. فیزیک ذرات همچنین میدانهای نیروهای بنیادی که برای توضیح این ذرات لازم هستند، را بررسی می‌کند.

تا جایی که امروز فهمیده‌شده‌است، این ذرات بنیادی برانگیختگی‌های میدان‌های کوانتومی هستند که بر برهم‌کنش‌های میان آن‌ها نیز حاکمند. نظریه پیشروی کنونی که این ذرات و میدان‌های بنیادی و دینامیک حاکم بر آن‌ها را توصیف می‌کند مدل استاندارد نام دارد. از این‌رو فیزیک ذرات نوین بیشتر مدل استاندارد و گسترش‌های امکانپذیر مختلف آن را بررسی می‌کند.

ذرات مورد بررسی در این شاخه را می‌توان توسط آشکارسازهای ذرات نشان داد. این ذرات را به صورت مستقیم نمی‌توان آزمایش کرد و برای بررسی آزمایشگاهی بر روی آن‌ها از اثرات آن‌ها استفاده می‌شود. بسیاری از اثرات پیش‌بینی شده در این نظریات در انرژی‌های بالا رخ می‌دهد از این رو به این شاخه فیزیک انرژی‌های بالا نیز گفته می‌شود.

فهرست مطالب:

بخش فیزیک اتمی و مولکولی:

فصل اول: فیزیک اتمی

فصل دوم: فیزیک مولکولی

بخش فیزیک هسته ای:

فصل سوم: ویژگی های هسته ای پایه ای

فصل چهارم: انرژی پیوند هسته ای، شکافت و گداخت هسته ای

فصل پنجم: دوترون و نیروهای هسته ای

فصل ششم: مدل های هسته ای

فصل هفتم: واپاشی های هسته ای

فصل هشتم: واکنش های هسته ای

بخش فیزیک ذرات:

فصل نهم: بر هم کنش ها و تقارن ها

فصل دهم: بر هم کنش های ضعیف و الکتروضعیف، نظریه وحدت بزرگ

فصل یازدهم: ساختار هادرون ها و مدل کوارک

بخش روش های تجربی و مباحث متفرقه:

فصل دوازدهم: سینماتیک ذرات با انرژی بالا

فصل سیزدهم: بر هم کنش های بین تابش و ماده

فصل چهاردهم: تکنیک های آشکارسازی و روش های تجربی

فصل پنجم: تخمین خطا و آمار

فصل شانزدهم: پرتوهای ذرات (Particle Beams) و شتاب دهنده ها