กลศาสตร์ควอนตัม
กลศาสตร์ควอนตัม () เป็นสาขาหนึ่งในทฤษฎีรากฐานของฟิสิกส์ ที่มีความสามารถในการอธิบายผลการทดลองต่างๆ และถูกใช้แทนที่กลศาสตร์นิวตัน (หรือกลศาสตร์ดั้งเดิม) และ กลศาสตร์ไฟฟ้าของแม็กซ์เวลล์ (หรือทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า) ซึ่งกลศาสตร์ดั้งเดิมเหล่านี้ไม่สามารถใช้อธิบายปรากฏการณ์ในวัตถุที่มีขนาดเล็กกว่าอะตอม แต่กลศาสตร์ควอนตัมนั้นสามารถคำนวณได้แม่นยำมากกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อขนาดของวัตถุที่สนใจนั้นเล็กถึงขนาดอะตอม จึงกล่าวได้ว่ากลศาสตร์ควอนตัมนั้นเป็นรากฐานเบื้องต้นของฟิสิกส์ที่มีความสำคัญมากกว่ากลศาสตร์นิวตันและกลศาสตร์ไฟฟ้าของแม็กซ์เวลล์ หรือใกล้เคียงกับความจริงมากกว่านั่นเอง
อะตอมฮีเลียม
ในวิชากลศาสตร์ควอนตัม เรามักจะศึกษาอะตอมของไฮโดรเจน ซึ่งเป็นอะตอมที่มีโครงสร้างอย่างง่ายที่สุด อีกอะตอมหนึ่งที่เราชอบใช้ในการศึกษา คืออะตอมของฮีเลียม ฮีเลียมเป็นธาตุที่ประกอบไปด้วยอิเล็กตรอนจำนวนสองตัวซึ่งดึงดูดอยู่กับนิวเคลียสด้วยแรงทางแม่เหล็กไฟฟ้า นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนจำนวนสองตัวและนิวตรอนจำนวนหนึ่งหรือสองตัวตามไอโซโทป ซึ่งยึดเหนี่ยวกันอยู่ภายในด้วยแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม สมการฮาร์มิลโทเนียนของอะตอมฮีเลียม คือ