原子物理学
取自 食品百科全书
开放分类： 物理
原子物理学是研究原子的结构、运动规律及相互作用的物理学分支。它主要研究：原子的电子结构；原子光谱；原子之间或与其他物质的碰撞过程和相互作用。
经过相当长时期的探索，直到20世纪初，人们对原子本身的结构和内部运动规律才有了比较清楚的认识，之后才逐步建立起近代的原子物理学。
1897年前后，科学家们逐渐确定了电子的各种基本特性，并确立了电子是各种原子的共同组成部分。通常，原子是电中性的，而既然一切原子中都有带负电的电子，那么原子中就必然有带正电的物质。20世纪初，对这一问题曾提出过两种不同的假设。
1904年，汤姆逊提出原子中正电荷以均匀的体密度分布在一个大小等于整个原子的球体内，而带负电的电子则一粒粒地分布在球内的不同位置上，分别以某种频率振动着，从而发出电磁辐射。这个模型被形象的比喻为“果仁面包”模型，不过这个模型理论和实验结果相矛盾，很快就被放弃了。
1911年卢瑟福在他所做的粒子散射实验基础上，提出原子的中心是一个重的带正电的核，与整个原子的大小相比，核很小。电子围绕核转动，类似大行星绕太阳转动。这种模型叫做原子的核模型，又称行星模型。从这个模型导出的结论同实验结果符合的很好，很快就被公认了。
绕核作旋转运动的电子有加速度，根据经典的电磁理论，电子应当自动地辐射能量，使原子的能量逐渐减少、辐射的频率逐渐改变，因而发射光谱应是连续光谱。电子因能量的减少而循螺线逐渐接近原子核，最后落到原子核上，所以原子应是一个不稳定的系统。
但事实上原子是稳定的，原子所发射的光谱是线状的，而不是连续的。这些事实表明：从研究宏观现象中确立的经典电动力学，不适用于原子中的微观过程。这就需要进一步分析原子现象，探索原子内部运动的规律性，并建立适合于微观过程的原子理论。
1913年，丹麦物理学家玻尔在卢瑟福所提出的核模型的基础上，结合原子光谱的经验规律，应用普朗克于1900年提出的量子假说，和爱因斯坦于1905年提出的光子假说，提出了原子所具有的能量形成不连续的能级，当能级发生跃迁时，原子就发射出一定频率的光的假说。
玻尔的假设能够说明氢原子光谱等某些原子现象，初次成功地建立了一种氢原子结构理论。建立玻尔理论是原子结构和原子光谱理论的一个重大进展，但对原子问题作进一步的研究时，却显示出这种理论的缺点，因此只能把它视为很粗略的近似理论。
1924年，德布罗意提出微观粒子具有波粒二象性的假设，以后的观察证明，微观粒子具有波的性质。1926年薛定谔在此基础上建立了波动力学。同时，其他学者，如海森伯、玻恩、狄喇克等人，从另外途径建立了等效的理论，这种理论就是现在所说的量子力学，它能很好地解释原子现象。
20世纪的前30年，原子物理学处于物理学的前沿，发展很快，促进了量子力学的建立，开创了近代物理的新时代。由于量子力学成功地解决了当时遇到的一些原子物理问题，很多物理学家就认为原子运动的基本规律已清楚，剩下来的只是一些细节问题了。
由于认识上的局限性，加上研究原子核和基本粒子的吸引，除一部分波谱学家对原子能级的精细结构与超精细结构进行了深入的研究，取得了一些成就外，很多物理学家都把注意力集中到研究原子核和基本粒子上，在相当长的一段时间里，对原子物理未能进行全面深入的研究，使原子物理的发展受到了一定的影响。
20世纪50年代末期，由于空间技术和空间物理学的发展，工程师和科学家们发现，只使用已有的原子物理学知识来解决空间科学和空间技术问题已是很不够了。过去，人们已精确测定了很多谱线的波长，深入研究了原子的能级，对谱线和能级的理论解释也比较准确。
但是，对谱线强度、跃迁几率、碰撞截面等这些空间科学中非常重要的基本知识，则了解得很少，甚至对这些物理量的某些参数只知道其量级。核试验中遇到的很多问题也都与这些知识有关。因此还必须对原子物理进行新的实验和理论探讨。
原子物理学的发展对激光技术的产生和发展，作出过很大的贡献。激光出现以后，用激光技术来研究原了物理学问题，实验精度有了很大提高，因此又发现了很多新现象和新问题。射频和微波波谱学新实验方法的建立，也成为研究原子光谱线的精细结构的有力工具，推动了对原子能级精细结构的研究。因此，在20世纪50年代末以后，原子物理学的研究又重新被重视起来，成为很活跃的领域。
近十多年来，对原子碰撞的研究工作进展很快，已成为原子物理学的一个主要发展方向。目前原子碰撞研究的课题非常广泛，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。与原子碰撞的研究相应，发展了电子束、离子束、粒子加速器、同步辐射加速器、激光器等激光源、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，还广泛地应用了核物理技术和光谱技术，也发展了新的理论和计算方法。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，使光谱分辨率达到了百万分之一赫兹以下，时间分辨率接近万亿分之一秒量级，空间分辨达到光谱波长的数量级，实现了光谱在时间、空间上的高分辨。由于激光的功率密度已达到一千万瓦每平方厘米以上，光波电场场强已经超过原子的内场场强，强激光与原子相互作用产生了饱和吸收和双光子、多光子吸收等现象，发展了非线性光谱学，从而成为原了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、强场等)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领域。
原子是从宏观到微观的第一个层次，是一个重要的中间环节。物质世界这些层次的结构和运动变化，是相互联系、相互影响的，对它们的研究缺一不可，很多其他重要的基础学科和技术科学的发展也都要以原子物理为基础，例如化学、生物学、空间物理、天体物理、物理力学等。激光技术、核聚变和空间技术的研究也要原子物理提供一些重要的数据，因此研究和发展原子物理这门学科有着十分重要的理论和实际意义。
【【原子物理学年谱】】
公元前384～322年 古希腊哲学家亚里士多德提出“四元素说”。
公元前500～400年 古希腊人留基伯及其学生德谟克利特等古希腊哲学家首先提出“原子说”。
公元1661年 英国化学家波义耳首先提出了化学元素的概念。
公元1687年 英国物理学家牛顿在其著作《自然哲学的数学原理》中奠定了经典力学基础，引入超距作用概念。
公元1774年 法国化学家拉瓦锡提出质量守恒原理。
公元1789年 德国化学家克拉普罗特首先发现了自然界中最重的元素——铀。
公元1808年 英国化学家道尔顿在他的著名著作《化学哲学新系统》中，提出了用来解释物质结构的“原子分子学说”。
公元1811年 意大利化学家阿伏加德罗提出了理想气体分子的假设，得出了著名的阿伏加德罗常数，并在1865首次实验测定。
公元1820年 瑞典化学家白则里提出了化学原子价概念，并在1828年发表了原子量表。
公元1832年 英国物理学家法拉第提出了电解定律。
公元1854年 德国的吹玻璃工匠兼发明家盖斯勒用“盖斯勒管”进行了低气压放电实验。
公元1858年 德国物理学家普吕克尔在研究低气压放电管时发现面对阴极出现绿色辉光。
公元1864年 德国物理学家汗道夫发现阴极射线。
公元1869年 俄国化学家门捷列夫和德国化学家迈耶按照原子量的顺序将元素排成了“元素周期表”，又在1871年写成了《化学原理》一书。
公元1876年 德国物理学家戈德斯坦断定低气压放电管中的绿色辉光是由阴极射线产生的。
公元1884年 瑞典化学家阿仑尼乌斯首先提出了电离学说，认为离子就是带有电荷的原子。
公元1885年 英国物理学家克鲁克斯用实验证明阴极射线是一种具有质量带有电花的粒子流，而不是没有质量的光束。
公元1891年 爱尔兰物理学家斯托尼首先提出把电解时所假想的电单元叫做“电子”。
公元1895年
德国物理学家伦琴在12月28日宣布发现了x射线(又称伦琴射线)。为此他获得了1901年度首届诺贝尔物理学奖。 法国物理学家佩兰断定阴极射线确是带负电荷的微粒流，他曾因研究物质的间断结构和测量原子体积而获得了1926年度诺贝尔物理学奖。 荷兰物理学家洛伦茨首先提出了经典电子论，他还确定了电子在电磁场中所受的力，即洛伦茨力，并预言了正常的塞曼效应。
公元1896年
法国物理学家贝克勒尔在3月1日用铀盐样品进行实验时发现了天然放射性，他也是第一个使用乳胶照相探测射线的科学家，为此同居里夫妇一起获得1903年度诺贝尔物理学奖。 荷兰物理学家塞曼在研究外磁场作用下的光发射时发现塞曼效应，这也是磁场对原子辐射现象的影响，为此他获得了1902年度诺贝尔物理学奖。
公元1897年
英国物理学家汤姆逊在4月30日从阴极射线的研究中证实了电子的存在。由于他在研究电在气体中的传导所作得的重大贡献而获得1906年度诺贝尔物理学奖。 1897～1914年，美国物理学家米利肯等先后多次精确测量电子的质量和电荷，1899年又测定了电子的荷质比。米利肯因对电子电荷的测定和光电效应的研究获得1923年度诺贝尔物理学奖。
公元1898年
后来加入法国籍的波兰物理学家和化学家居里夫人证明含有铀元素的化合物都具有放射性，并由此发现了“镭”。 法国物理学家皮埃尔·居里等在《自然》杂志11月16日这一期里第一次写下了“放射性”这一术语。 居里夫妇发现了钋和镭等放射性元素，由于他们发现了天然放射性和对铀的研究，在1903年同贝克勒尔一起获诺贝尔物理学奖。另外，居里夫人因发现镭和钋获得1911年度诺贝尔化学奖，成为世界上第一位连续两次荣获科学上最高奖赏的女科学家。 汤姆逊提出了第一个原子结构模型即“正电云”原子模型，俗称“西瓜模型”。
公元1899年
贝克勒尔等人发现射线在磁场中发生了偏转现象。同年，新西兰出生的英国物理学家卢瑟福区分了前两种不同辐射，分别叫做“α射线”和“β射线”，并指出β射线和阴极射线一样也是带负电的电子流。 俄国物理学家列别捷夫发现了光对固体的压力并进行了测量。 英国物理学家汤姆逊从一些毫无放射性的普通金属受到紫外线照射时能放出电子的现象中发现了“光电效应”。
公元1900年
贝克勒尔从β粒子流的研究中发现它的质量和电荷都与电子相同。 卢瑟福等从射线的研究中又辨认了第三种射线为“γ射线”。 卢瑟福第一次测量了放射性的周期并引入了“放射性常数”这一术语。 德国物理学家普朗克在12月17日柏林科学院物理学会的一次会议上，提出热辐射公式中的量子假设。后因为阐明光量子理论而获得1918年度诺贝尔物理学奖。
公元1901年 佩兰提出了关于原子行星结构的第一个假设。 公元1902年
英国物理学家卢瑟福和其合作者索第开始对铀的α放射性进行系统研究，发现了放射性递减的数学规律，到1907年从中找到了一连串放射性元素，建立了铀放射系，为此卢瑟福获得了1908年度诺贝尔化学奖。 法国化学家德马尔赛测定了镭的光谱线。 开始了在X或γ射线辐照下液态绝缘体的导电性研究。 居里夫妇发现了自然界放射性物质都有放射性现象，指出了放射能的强度，并从数吨沥青铀矿中提炼得0.1克氯化镭。
公元1904年 先后加入瑞士和美国籍的德国物理学家爱因斯坦首先提出“光子”概念，光子具有动量和质量，从而确立了光的波粒二象性。 公元1905年 著名科学家爱因斯坦提出了“狭义相对论”以及质能关系式E=mc²；同年他又提出了光电效应定律，并在1907年发表了热容量的量子论，1916年创立广义相对论。由于他对数学物理的杰出贡献和阐明光电效应规律而获得1921年度诺贝尔物理学奖。 公元1906年 卢瑟福开始研究大质量亚原子粒子α穿过物质时的现象，弄清了α粒子的本质为以后发现原子核进行了准备。 公元1907年
发现钾有放射性。 开始对特征X射线进行研究。
公元1908年
德国物理学家布赫雷尔用实验证实了爱因斯坦的理论。 德国物理学家盖革和卢瑟福用圆柱形计数器对α粒子进行测量。
公元1910年
精确地测定阿伏加德罗常数。 奥地利物理学家赫斯等证明“宇宙射线”来源于地球外的外层空间，他也因此和发现正电子的美国物理学家安德森一起获得1936年度诺贝尔物理学奖。
公元1911年
卢瑟福把α粒子大角度散射实验结果公诸于世，第一次计算了原子行星结构，确定了原子中有“核”存在，从而建立了“有核原子模型”或称“行星模型”。 苏格兰物理学家威尔逊发明云雾膨胀室，可用来跟踪和测量离子轨迹，他也因此和康普顿一起获得1927年度诺贝尔物理学奖。 索第提出同位素概念，后被汤姆逊进一步补充。索第因研究放射性物质和同位素获得1921年度诺贝尔化学奖。 英国物理学家巴克拉测得了各种原子所固有的“特征x射线”，他也因此获得1917年度诺贝尔物理学奖。
公元1912年
汤姆逊建成了第一台能够分离同位素的仪器(后被称为“质谱仪”)，并用来研究、分离氖的两种同位素氖-20和氖-22。 德国科学家劳厄发现X射线在晶体中产生衍射，他也因此获得1914年度诺贝尔物理学奖。
公元1913年
盖革制成了针状计数器。 丹麦著名理论物理学家玻尔提出原子结构的量子化轨道理论，并对氢原子进行计算。他也因此获得1922年度诺贝尔物理学奖。 英国物理学家莫塞莱利用特征x射线在晶体上的反射特性，准确地测定了其波长。由此可将各种元素按照特征x射线的波长顺序进行排列，得出它们之间的相互关系，使核电荷数和原子序数等同了起来。 卢瑟福提出原子内部隐藏着巨大能量。
公元1914年
卢瑟福把氢原子核叫做“质子”。 考塞耳奠定量子化学基础。
公元1916年 原子内的电子沿着椭圆轨道运动。 公元1919年
卢瑟福首次实现人工核反应，用α粒子轰击氮核结果打出了质子。 英国物理学家阿斯顿制成了第—台高效能质谱仪，并用来精确测定同位素质量。
公元1920年
测量分子运动速度。 卢瑟福提出在原子核的狭小范围内，一个质子和一个电子由于相互吸引而紧密结合成一体，可看成是一个单独粒子。
公元1921年 美国化学家哈金斯把质子-电子复合体看成是电中性的，并将它命名为“中子”。 公元1923年 美国物理学家康普顿从光量子和电子的碰撞实验中，发现从原子反射回来的X射线的康普顿效应，并因此与威尔逊一起获得1927年度诺贝尔物理学奖。这一效应也被中国物理学家吴有训所发现，故也称为康普顿-吴有训效应。 公元1924年
奥地利物理学家泡利提出一种排斥原理，称为“泡利不相容原理”，认为质子和电子都绕自身轴线旋转。这种自旋方向可以有两种相反的方向，即在一个原子中不能有两个或更多的电子处在完全相同的状态。为此他在1945年获得诺贝尔物理学奖。 法国物理学家德布罗意首先提出波动力学，建立了物质波概念。他因发现电子的波动性而获得1929年度诺贝尔物理学奖。
公元1925年 德国物理学家海森伯创立量子力学(矩阵力学)，这是一种强调可观察量的不连续性的新量子论。海森伯还在1927年发现了测不准原理，首先创造基本粒子中的同位旋观念，他也因此获得了1932年度诺贝尔物理学奖。 公元1926年 奥地利物理学家薛定谔创立量子力学(波动力学)的基本方程，这是一种强调物质波动性的新量子论，即把电子看成所谓电子云。为此，他与狄拉克共同获得1933年度诺贝尔物理学奖。 公元1928年
俄国出生的美国物理学家盖莫夫提出用质子代替α粒子作为轰击粒子。 盖革等制造了正比计数器。 美国和前苏联都成功地进行了电子衍射实验。 制成盖革-弥勒计数器。盖革用金属针作为集电极，而弥勒建议用一横穿整个圆筒的金属丝代替尖针，可使计数器工作时更稳定。
公元1929年
英国物理学家狄拉克从电子性质的数学处理方法中提出了“反粒子”概念，并得出相对论波动方程，亦称狄拉克方程。为此他与薛定谔共同获得1933年度诺贝尔物理学奖。 英国物理学家考克饶夫和瓦尔顿制造成功第一台“粒子加速器”，被叫做“静电加速器”。它实际上是一个高压倍压装置，通常被称为高压倍加器。为此他们获得了1951年度诺贝尔物理学奖。
公元1930年
美国天文学家拉塞尔指出有迹象表明太阳能是由氢的热核反应所形成。德国物理学家乌特曼等人也发现了这一现象。 德国物理学家博特和贝克尔开始用α粒子去轰击轻金属铍的实验。 泡利提出中微子假设，并在12月4日给某同事的信中指明存在中微子。1934年泡利与费密正式提出中微子理论，25年后被证实。
公元1931年
美国物理学家劳伦斯设计制成第一台“回旋加速器”。为此他获得了1939年度诺贝尔物理学奖。 美国物理学家范德格喇夫建成第一台静电加速器，并以他的名字命名。 考克饶夫和瓦尔顿利用他们的加速器人工加速质子轰击锂-7，原子核使它发生了分裂，这是第一个由人造轰击粒子引起的核反应。
公元1932年
美国化学家尤里发现氘(D)，亦称重氢，并因此获得1934年度诺贝尔化学奖。 法国物理学家约里奥·居里夫妇重复了博特和贝克尔用α粒子轰击铍的实验，他们得到了相同的结果，但未能发现中子。 英国物理学家查德威克从α粒子轰击铍的核反应过程中发现了“中子”，他为此获得1935年度诺贝尔物理学奖。 美国物理学家安德森在研究宇宙射线对铅板的冲击中发现了电子的反粒子“正电子”。他为此与澳大利亚物理学家赫斯共同获得1936年度诺贝尔物理学奖。 德国物理学家海森伯在发现中子后不久立即提出原子核的中子-质子模型。
公元1934年
法国物理学家约里奥·居里夫妇在用α粒子轰击轻元素的核反应实验过程中，发现了第一个人工放射性核素，并证实了正电子的存在。他们因此获得了1935年度诺贝尔化学奖。 查德威克终于弄清了中子比质子更重。 后来加入美国籍的意大利物理学家费密首先提出了b衰变的理论。他首先实现了中子慢化，并发现慢中子与核产生核反应的优点。同年他首先用慢中子轰击铀，想获得超铀元素。 卢瑟福与澳大利亚物理学家奥利芬特、奥地利化学家哈尔特克一起，氘-氘反应中制得了氚(氢的第三个同位素)。 美国物理学家贝内特提出“收缩效应”，用以解释等离子体受磁场约束的现象。
公元1935年
加拿大出生的美国物理学家登普斯特发现铀中有0.7％的铀原子属于一种较轻的同位素铀-235。 日本物理学家汤川秀树在核相互作用中提出了交换粒子的学说，建立了介子理论，并因此获得了1949年诺贝尔物理学奖。 费密发现了超铀元素的存在。 美国物理学家奥本海默提出加速氘核作为产生核反应的轰击粒子的设想。
公元1936年 美国物理学家安德森和内德迈耶从宇宙射线的研究中探测到一种中等质量数的粒子，称之为“μ子”。 公元1937年 在美国劳伦斯实验室中，与费密一同工作的意大利物理学家西格雷用中子轰击钼，结果发现了43号元素锝。 公元1938年
美国物理学家拉比发现磁共振原理，并因此获得1944年度诺贝尔物理学奖。 德国出生的美国物理学家贝特和德国天文学家魏扎克分别独立地得出在太阳上可能产生的H-H和C-N循环的聚合反应，并证明靠氢的聚变来维持太阳能是不成问题的。 德国物理化学家哈恩和施特拉斯曼在研究中子与铀核作用所形成的各种放射性元素的分析中发现了铀核的裂变现象。哈恩为此获得了1944年度诺贝尔化学奖。
公元1939年
哈恩早先的长期合作者-奥地利物理学家梅特涅和她的侄子弗里施在丹麦哥本哈根写出了第一篇发现铀核裂变的论文，并在1月发表。当时美国生物学家阿诺德建议把铀核分裂成两半的现象仿照活细胞的分裂现象称做“裂变”。 约里奥·居里等提出铀核裂变链式反应的可能性，并取得为获得原子能而建造原子堆的专利权。 格兰特发现钍核裂变。 法国物理学家佩兰的儿子F·佩兰提出了“临界质量”的概念。 8月2日，著名科学家爱因斯坦写信给美国总统罗斯福，建议政府早日对核武器的研究加以关注。 美国物理学家麦克米伦和艾贝尔森在用慢中子轰击铀的实验中鉴别出了93号元素镎，并因此与另一位美国物理学家西博格一起获得1951年度诺贝尔化学奖。
公元1940年
在裂变发现后，美国总统罗斯福下令设置原子能机构，开始进行原子能实验。 前苏联科学家哈利顿和捷利多维奇指出了维持铀核裂变链式反应的条件，同年前苏联科学院作了世界上第一次铀核裂变链式反应的试验。
公元1941年 从镎的放射性衰变产物中辨认了具有微弱放射性的94号元素钚，实际上美国物理学家西博格在1940年就证实了钚的存在，并因此与麦克米伦一起获得1951年度诺贝尔化学奖。
前苏联物理学家弗辽罗夫和彼得夏克发现了铀核的“自发裂变”现象。
公元1942年
12月2日，费米等科学家在芝加哥大学球场看台下建成了世界上第一座核反应堆(CP-1芝加哥1号堆)，用天然铀作该裂变燃料，石墨作慢化剂。 美国军方接管了原子能研究的各项工作，拟订了“曼哈顿工程”计划，由奥本海默教授全面负责领导工作。 西博格等人在实验室里制成铀-233。
公元1943年
美国建造第一个核武器研制中心—洛斯阿拉莫斯实验室，开始研制原子弹。 1943～1944年 美国建成第一座生产钚的工厂—汉福特制钚工厂。 1943～1945年 美国建成第一座铀-235分离工厂—橡树岭气体扩散工厂。
公元1944年 费密算出在地球上实现热核反应的条件。氚和氘的聚变点火温度为五千万度，氘和氘的点火温度则高达四亿度。而为了实现氢和氢聚变，温度更高，为十亿度以上。同样的氢核聚变反应在太阳上只要一千五百万度。 公元1945年
发现原子序数95号元素镅和96号元素锔。 建成250兆电子伏电子回旋加速器。 7月16日凌晨5时半，在美国的新墨西哥州阿拉莫戈多沙漠附近成功地爆炸了第一颗内爆型钚239原子弹。同年8月6日和9日，分别在日本广岛投下代号为“小男孩”的原子弹和在长崎投下了代号为“胖子”的原子弹，死伤和平居民几十万人。
公元1946年
1月26日，在联合国由苏、美、英、法和加拿大五国代表组成有关原子能问题委员会。前苏联提出了关于立刻完全禁止使用原子武器的建议。 建成了放大倍数高达16万倍的电子显微镜。 中国物理学家钱三强和何泽慧应用核乳胶观测了铀核的三分裂现象。 根据契林科夫效应制成计数器。 美国国会通过原子能法(麦克马洪法)，据此美国可独占战时美、英、加三国研制原子弹的秘密。 6月，前苏联开始建立铀工业，并开始建造分离铀-235的气体扩散工厂。
公元1947年
英国物理学家鲍威尔从宇宙射线发现了“π介子”，并为此获得1950年度诺贝尔物理学奖。 前苏联第一座石墨金属天然铀反应堆投入运行。 美国物理学家利比证明自然界中存在放射性碳-14，并利用它进行年代测定。他也因此获得1960年度诺贝尔化学奖。 8月英国第一座低功率石墨实验性反应堆(GLEEP)投入运行。 前苏联在乌拉尔建造生产钚的反应堆。 11月6日，前苏联外交部长莫洛托夫宣布“原子弹的秘密早就不存在了”。
公元1948年
12月15日，由约里奥·居里主持建成法国第一座天然铀重水慢化的核反应堆“左亚”ZOE，继前苏联之后打破了美国的核垄断。 人工生产π介子获得成功。
公元1949年 前苏联成功地进行了第一次原子弹爆炸试验。 公元1950年
1月31日，美国宣布已开始制造氢弹。 英国第一个生产钚的反应堆投入运行。 3月，世界保卫和平大会常设委员会在斯德哥尔摩开会，通过了禁止原子武器并建立严格国际监督的宣言。全世界展开了反对使用原子武器的运动。
公元1951年
英国物理学家韦尔为了最终实现聚变点火，首次作了利用收缩效应来约束等离子体的尝试。 美国物理学家小施皮策提出利用扭成“8”字形的容器进行聚变反应有好处。后来制成的这种装置叫做“仿星器”。 8月，美国在爱达荷州的阿尔科建成了第一座增殖反应堆，并于同年12月20日第一次发出了由核能产生的电力。 10月6日，前苏联又进行了一次原子弹爆炸试验。
公元1952年
美国在布鲁克海文建成了第一个快中子反应堆。 10月，英国首次进行原子弹(钚)爆炸试验。 11月1日，美国在马绍尔群岛进行了第一次氢弹装置爆炸试验，所用的装料是液态氘和氚，整个装置重达65吨。
公元1953年
8月8日，前苏联政府首脑马林科夫宣布：美国在氢弹生产方面已不再是垄断者。 8月20日，前苏联政府公报宣布在8月12日爆炸了第一颗氢弹。同年9月18日塔斯社又报导了关于几种新型原子弹的试验。 英国采用气体扩散法的卡彭赫斯特铀-235分离工厂正式投产。 美国物理学家格拉塞发明了用以研究亚原子粒子的气泡室，为此获得1960年度诺贝尔物理学奖。
公元1954年
3月1日，美国在比基尼岛正式爆炸了第一颗氢弹。 6月27日，世界上第一座原子能发电站在前苏联建成发电，电功率为5000千瓦。 利用裂变产物的放射能制成重量很轻的“核电池”；也有不用裂变产物而用钚-238，这种核电池已被用来为人造卫星长期提供动力。 3、4月间美国在太平洋马绍尔群岛进行了数次威力巨大的氢弹试验，致使附近居民和日本渔民遭受重大灾难。 9月，前苏联宣布试验了一种有助于解决防御原子进攻的新型原子武器。 美国建造的第一艘核潜艇“鹦鹉螺号”下水服役。
公元1955年
法国开始研究气体扩散法和建造与产钚堆有关的分离工厂。 1月19日，世界和平理事会常务委员会发表告全世界人民书，号召反对原子战争，销毁存储的全部原子武器。并发动大规模的签名运动，获得了世界各国各阶层人民的广泛支持和拥护。 前苏联宣布帮助包括我国、波兰、捷克斯洛伐克、罗马尼亚和民主德国等国建立研究原子能的科学实验中心。接着于3、4月间在莫斯科签订了在1955～1956年间完成实验性反应堆和回旋加速器设计工作的协定。 由于前苏联的建议，在日内瓦举行了第一次和平利用原子能国际会议。与会科学家交流了经验和成果，前苏联公开了世界上第一座原子能发电站的结构。 在美国伯克利的加利福尼亚大学建造了一台6GeV高能质子同步稳相加速器，又叫做“贝伐特朗”，意思是京电子伏级加速器。
公元1956年
锝的发现者意大利物理学家西格雷(当时已移居美国)和美国物理学家钱伯林等人利用“贝伐特朗”发现了“反质子”，为此共同获得1959年度诺贝尔物理学奖。 意大利出生的美国物理学家皮奇奥尼及其合作者报导发现”反中子”。 英国利用卡彭赫斯特铀-235分离厂开始生产军用高浓铀年产高浓铀0.7吨。 英国第一座天然铀石墨气冷堆卡尔德豪尔核电站投入运行。 美国政府建成了希平港1号压水堆核电站，发电容量为6万千瓦。 前苏联把核动力应用到交通运输方面，第一艘原子能破冰船设计成功；第一架原子能飞机进入地面试验和飞行试验阶段；第一辆原子能机车的初步设计已经提出。 美籍中国理论物理学家李政道和杨振宁发现β放射性中粒子的宇称不守恒性，推翻了宇称守恒定律；而美籍中国物理学家吴健雄在实验上对此伟大发现进行了验证。由于李政道和杨振宁发现在弱相互作用下宇称不守恒和基本粒子理论的研究成果而共同获得1957年诺贝尔物理学奖。 在美国萨凡纳河反应堆附近，由美国物理学家莱因斯和科恩观测到中微子。 5月，英国成功地进行了首次氢弹试验。 12月5日，前苏联建成了第一艘“列宁”号原子破冰船在列宁格勒下水，其排水量16000吨，主发动机功率44000马力。
公元1957年 英国物理学家劳逊在研究轻核聚变反应的条件时，发现除了高温还需保持一定时间，并提出了著名的“劳逊判据”。 公元1958年 德国物理学家穆斯鲍尔首次完成了对核激发能级宽度的直接测量，发现了原子核中γ射线的无反冲共振吸收，他也因此与美国物理学家霍夫施塔特共同获得1961年度诺贝尔物理学奖。 公元1959年 利用闪烁计数器的双闪烁证实了中微子的存在。 公元1960年
2月13日，法国在非洲撒哈拉沙漠中爆炸了第一颗原子弹装置。 美国在布鲁克海文建造了质子能量为33GeV的交变磁场梯度同步加速器。 美国物理学家阿尔瓦雷斯发现了某种核子态γ共振，他由于对基本粒子物理学的贡献获得1968年度诺贝尔物理学奖。 法国动工建造第一座年产1.5吨铀-235的气体扩散工厂。
公元1961年
欧洲原子核研究委员会建造了质子能量为28.5GeV的交变磁场梯度的同步加速器。 美国物理学家盖尔-曼等通过SU(3)对称性理论，对基本粒子进行分类。他也因此获得了1969年度诺贝尔物理学奖。
公元1962年
3月，美国第一艘核商船“萨凡纳”号下水航行。 云母片固态径迹探测器开始应用。 布鲁克海文实验室首先研究γ中微子。
公元1963年 盖尔·曼提出夸克假设。 公元1964年 10月16日，中国第一颖原子弹(铀-235)爆炸成功。 公元1965年 美国物理学家莱德曼和他的合作者合成了由一个反质子和一个反中于所构成的复合体，这就是“反氘核”，亦称反氢-2原子核。 公元1966年 中国北京基本粒子理论组在北京物理讨论会上报告了层子模型。 公元1967年
在美国加利福尼亚斯坦福特大学建成了长3公里能量为20Gev的电子直线加速器。 6月17日，中国第一颗氢弹爆炸成功。
公元1968年 前苏联建成交变磁场梯度强聚焦质子同步加速器，能量为70GeV。 公元1969年 前苏联使用“托卡马克三号”装置将密度相当于空气百万分之一的氢-2在几千万度的温度下保持了百分之一秒，进行受控聚变反应试验。 公元1974年 11月，美国物理学家里克特在斯坦福和美籍中国物理学家丁肇中在布鲁克海文各自独立地发现了J粒子(也称为Ψ粒子)。为此这两位物理学家共同获得1976年度诺贝尔物理学奖。
