원자
원자(原子, atom)는 화학 반응을 통해 더이상 쪼갤 수 없는 물질의 기본 단위를 말한다. 물리적인 방법으로는 더 작은 단위로 쪼갤 수 있다. 화학 원소와 비슷하나 엄밀히는 다른 뜻으로 쓰인다.
고대 그리스 철학자인 데모크리토스는 만물은 원자와 빈 공간으로 이루어져 있다고 처음 생각하였다. 이후 존 달튼이 기존의 기체법칙을 설명하기 위해 원자론을 주창하였다. 돌턴의 원자 모형에서 원자는 전하를 띠지 않는다. 또한 돌턴은 몇몇 원소를 원자에 포함하기도 했다. 이후 톰슨이 음극선관 실험을 통해 원자에 전하가 있음을 밝혀, 원자는 양전하를 띠는 물질에 음전하를 띠는 전자가 고르게 분포하여 있다는 수정된 원자 모형을 1904년에 제시하고 1906년에 노벨 물리학상을 수상하였다. 1911년에 발표된 러더퍼드의 금박 실험에서 알파선의 산란이 발견되면서 원자 모형은 다시 양성자 주위에 전자가 분포하는 모형으로 수정되었다. 중등교육과정에서 일반적으로 가르치는 원자 궤도 모형은 1913년에 닐스 보어가 수소 원자의 스펙트럼에 대한 리드베리 공식을 본인의 전자 궤도 모형으로 설명하면서 나타났다. 보어의 전자 궤도 모형은 매우 간단하고 직관적이며, 수소에 있어서 실험 결과와 매우 잘 맞아 떨어지는 예측을 할 수 있다. 보어의 원자 모형이 수소에 대해 높은 적중률을 보이는 이유는 다름이 아니라 보어의 모형 자체가 실험적 결과를 바탕으로 탄생하였기 때문이다.
현대에 들어서 양자역학의 발달과 함께 원자의 표준 모형은 오비탈을 이용한 원자 구름 모형으로 정해졌다. 이에 따르면, 원자핵의 주위에는 전자가 임의로 분포하며, 분포하는 전자들의 에너지 준위는 양자화(quantized) 되어 있다.
원자는 전자(elecrton)와 양성자(proton), 중성자(neutron) 그리고 양성자와 중성자를 연결하는 중간자(meson)로 이루어져있다. 전자는 원자핵 주위에 분포하며, 전자의 분포는 오비탈로 계산할 수 있다. 일반적인 상태에서는 전자의 개수와 양성자의 개수가 딱 맞아떨어져서 원자는 전하를 띠지 않는다.
전자, 양성자, 중성자, 중간자는 여러 쿼크의 조합으로 이루어져있다. 쿼크가 무엇으로 이루어져 있는가에 대해서는 학자들간에 이견이 있는데, 가장 유명한 것으로는 초끈 이론이 있다.