化學物理學是化學和物理學的一個分支學科，它使用原子和分子物理學以及凝聚態物理學的技術研究物理化學現象； 它是從物理學的角度研究化學過程的物理學分支。 而在物理和化學的交界處，化學物理與物理化學的不同之處在于它更側重于物理的特征元素和理論。 同時，物理化學研究化學的物理性質。 盡管如此，這兩個領域之間的區別是模糊的，科學家們在研究過程中經常在這兩個領域進行實踐。

美國教育部將化學物理學定義為結合物理化學和原子/分子物理學學科，側重于對結構現象進行科學研究的課程。 包括異質結構、對齊和表面現象、量子理論、數學物理、統計和經典力學、化學動力學和激光物理方面的指導。

化學物理學家通常研究離子、自由基、聚合物、簇和分子的結構和動力學。 研究領域包括化學反應的量子力學行為、溶劑化過程、分子間和分子內能量流以及量子點等單一實體。 實驗化學物理學家使用各種光譜技術來更好地理解氫鍵、電子轉移、化學鍵的形成和溶解、化學反應以及納米粒子的形成。 理論化學物理學家對這些實驗中探索的分子過程進行模擬，以解釋結果并指導未來的研究。 化學物理研究的目標包括在量子力學水平上理解化學結構和反應，闡明氣相離子和自由基的結構和反應性，以及發現準確的近似值以使化學現象的物理學在計算上易于理解。 化學物理學家正在尋找以下問題的答案：

• 我們能否通過實驗測試簡單分子振動和旋轉的量子力學預測？ 甚至那些復雜分子（例如蛋白質）？
• 我們能否開發出更準確的方法來計算分子的電子結構和性質？
• 我們能否從xxx性原理理解化學反應？
• 為什么量子點在吸收光子后開始閃爍（以暗示分形動力學的模式）？
• 化學反應究竟是如何發生的？
• 當分離的分子被溶劑化時發生的逐步過程是什么？ 或者當一整套分子被溶劑化時？
• 我們能否利用負離子的特性來確定分子結構、了解化學反應的動力學或解釋光解離？
• 為什么一束軟 X 射線會從氙團簇中的原子中擊出足夠多的電子，從而導致團簇爆炸？

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