Теория атома всегда была одним из главных направлений исследований на кафедре квантовой механики. Одним из творцов квантовой теории атома был основатель кафедры теоретической физики в Ленинградском университете академик В.А. Фок (1898-1974). Теории атома посвящена значительная часть его книги "Начала квантовой механики" (Москва, "Наука" 1976), являющейся одним из лучших учебников по квантовой механике. Развивать теорию атома в Ленинградском университете продолжали ученики и сотрудники В.А. Фока профессора М.Г. Веселов (1906-1986) и М.И. Петрашень (1906-1977).

В 30-х годах прошлого века М.И. Петрашень впервые численно проинтегрировала знаменитые уравнения Хартри-Фока, полученные В.А. Фоком и английским физиком Д. Хартри незадолго до этого и являющиеся практической основой квантовой теории многих тел (атомов, молекул, кристаллов, ядер). В начале 40-х годов прошлого столетия В.А. Фок, М.Г. Веселов и М.И. Петрашень заложили основы теории электронной корреляции в атомах, т.е. проблемы описания электронной структуры атомов за пределами приближения Хартри-Фока. Эта проблема остается актуальной в теории атома и до сих пор. В течение многих десятилетий она представляла собой одно из основных направлений исследований в области теории атома на кафедре квантовой механики. Некоторые итоги этих исследований подведены в книгах сотрудников кафедры:

• М.Г. Веселов, Л.Н. Лабзовский, "Теория атома. Строение электронных оболочек", Москва, Наука, 1986;
• И.В. Абаренков, В.Ф. Братцев, А.В. Тулуб, "Начала квантовой химии", Москва, Высшая школа, 1989.

К настоящему времени на кафедре накоплен большой опыт проведения высоко-точных "ab initio" расчетов электронной структуры атомов с использованием различных методов, таких как метод Хартри-Фока, его релятивистский аналог - метод Дирака-Фока, метод функционала плотности, многоконфигурационные методы Хартри-Фока и Дирака-Фока, метод многочастичной теории возмущений, метод наложения конфигураций и т.д. Большой прогресс достигнут в расчетах различных атомных характеристик, таких как полные энергии основных и возбужденных состояний атомов, энергий оптических и рентгеновских переходов, энергий тонких и сверхтонких расщеплений, вероятностей электрических и магнитных переходов, g-фактора, изотопических сдвигов, эффекта отдачи и т.д. Помимо этого, проводятся расчеты различных процессов с участием состояний непрерывного спектра, в том числе сечений фотоионизации и рекомбинации, сечений ионизации электронным ударом, сечений рассеяния нейтронов на атомах, вероятностей Оже процессов и т.д. На кафедре квантовой механики создана одна из лучших в мире действующих компьютерных программ по расчету электронной структуры атомов: релятивистский метод наложения конфигураций Дирака-Фока-Штурма. Авторами этой программы являются В.Ф. Братцев (1933-2006) и И.И. Тупицын.

С начала 70-х годов прошлого столетия все большую роль в исследованиях по теории атомов на кафедре квантовой механики стала играть квантовоэлектродинамическая (КЭД) теория атома. В значительной мере это было связано с возникновением новой экспериментальной области атомной физики - физики многозарядных ионов (МЗИ). Благодаря успехам в этой области все элементы таблицы Менделеева существуют теперь в виде водородоподобных ионов (как ионы с одним электроном и очень высоким зарядом ядра). Теоретическое описание МЗИ требует применения последовательной КЭД теории. В этой области сотрудники кафедры занимают ведущие позиции в мире. Их достижения отражены в нескольких книгах и обзорах:

• L. Labzowsky, G. Klimchitskaya and Yu. Dmitriev, "Relativistic Effects in the Spectra of Atomic Systems", Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia, 1993;
• Л.Н. Лабзовский, "Теория атома. Квантовая электродинамика электронных оболочек и процессы излучения", Москва, Наука, 1996;
• V.M. Shabaev, "Two-time Green's function method in quantum electrodynamics of high-Z few-electron atoms", Physics Reports, v. 356, pp. 119-228 (2002).

Атомы всегда были и остаются своеобразной лабораторией для изучения и проверки наиболее фундаментальных физических теорий. Этому они обязаны своей относительной простоте. В 40-х годах XX века на атомах была проверена и подтверждена только что созданная Р. Фейнманом, Ю. Швингером, Ф. Дайсоном и С. Томонагой квантовая электродинамика, явившаяся прообразом всей современной квантовой теории поля. В частности, получила подтверждение такая важнейшая концепция современной физики как представление о вакууме, сформированное П. Дираком еще в 30-х годах. В 70-х годах прошлого века в физике атома получила одно из своих подтверждений Стандартная Модель, созданная С. Вайнбергом, А. Саламом, Ш. Глэшоу и объединившая электромагнитное, слабое (а позже и сильное) взаимодействия, подобно тому как в XIX веке Максвеллом были объединены электричество и магнетизм. Работа над подтверждением Стандартной Модели в физике атомов продолжается и сейчас, и сотрудники кафедры активно в ней участвуют (Л.Н. Лабзовский, В.М. Шабаев).