Атомная физика была и остается одним из наиболее эффективных инструментов проверки фундаментальных теорий. Хорошо известно, что атом водорода сыграл ключевую роль в создании современной квантовой механики и квантовой электродинамики. Сначала изучение его спектров способствовало открытию уравнений Шредингера и Дирака, а затем наблюдение расщепления 2s и 2p_1/2 уровней (лэмбовский сдвиг) привело к созданию теории перенормировок в квантовой электродинамике (КЭД).

Долгое время проверка квантовой электродинамики ограничивалась областью слабых полей, которые имеют место в таких системах как атомы водорода и гелия, позитроний и мюоний. Исследование КЭД эффектов в тяжелых нейтральных атомах, где внутренние электроны находятся в очень сильном электрическом поле ядра, затруднено из-за большой погрешности в расчетах эффектов электрон-электронного взаимодействия (корреляционных эффектов). Уникальные возможности для проверки КЭД в сильных полях появились в последние два десятилетия в связи с прецизионными экспериментами с тяжелыми многозарядными ионами (например, одно- или двухэлектронный уран). В таких ионах корреляционные эффекты либо вообще отсутствуют, как в случае одноэлектронного иона, либо могут быть вычислены с высокой точностью и, тем самым, не существует принципиальных препятствий для проверки квантовой электродинамики в новой области - области сильного электрического поля.

Методы прецизионной атомной спектроскопии оказались также исключительно эффективными для проверки Стандартной Модели (современной теории, объединяющей электромагнитные, слабые и сильные взаимодействия) и отклонений различных ее модификаций. Так, одно из первых решающих подтверждений единой теории электрослабого взаимодействия было получено именно в атомном эксперименте, в котором наблюдалось вращение плоскости поляризации света при прохождении его через пары атомарного висмута (Барков, Золотарев, 1978). Вращение было вызвано несохранением пространственной четности в слабом взаимодействии электронов с нуклонами, обусловленном нейтральными токами. Современные эксперименты по измерению эффектов несохранения пространственной четности в атоме цезия , в комбинации с недавними теоретическими расчетами, дают наиболее строгое ограничение на массу второго нейтрального Z-бозона, предсказываемого в целом ряде расширений Стандартной Модели (СМ).

В настоящее время активно ведутся эксперименты по измерению электрических дипольных моментов (ЭДМ) атомов и молекул, ненулевые значения которых свидетельствовали бы о нарушении T-инвариантности. Дело в том, что многие расширения Стандартной Модели предсказывают ЭДМ электрона, значение которого находится на уровне современных экспериментальных возможностей и на много порядков больше того, что предсказывает СМ. Поэтому поиск атомных и молекулярных систем, усиление ЭДМ электрона (или нуклона) в которых за счет атомно-молекулярных эффектов было бы наиболее значительным и, тем самым, делало бы его доступным для экспериментального наблюдения, представляет одно из самых важных направлений современной атомной физики.

Наконец, одним из наиболее популярных направлений теоретических и экспериментальных исследований последних лет является поиск возможного временного или пространственного изменения фундаментальных констант. С точки зрения теорий, объединяющих гравитацию с другими взаимодействиями, такое изменение представляется достаточно естественным в космологическом масштабе. В настоящее время, атомная спектроскопия, с ее беспрецедентно высокой точностью, является наиболее чувствительным инструментом поисков возможной временной зависимости постоянной тонкой структуры и отношения масс электрона и протона. Поиск ситуаций, в которых возможная вариация фундаментальных констант значительно усиливается, благодаря тем или иным атомно-молекулярным эффектам, представляет одну из наиболее интересных задач для физиков-атомщиков.

Экспериментальные достижения последних лет по получению интенсивных пучков низкоэнергетических антипротонов, а также получение в значительных количествах первых атомов антивещества - атомов антиводорода - вызвали появление теоретических работ, в которых изучаются антипротонные атомы (обычные атомы или ионы, к которым присоединяется антипротон), а также антиатомы. Помимо этого представляет интерес изучение взаимодействия атомов с антиатомами и образование квазистабильных молекул, состоящих из атомов и антиатомов.

На кафедре квантовой механики теоретические исследования по перечисленным выше проблемам ведутся главным образом группами Л.Н. Лабзовского (доцент О.Ю.Андреев, с. н. с. Д.А.Соловьёв, аспиранты и студенты) и В.М. Шабаева (доцент Д.А. Глазов, н.с. А.В. Волотка, ассистенты Ю.С. Кожедуб и А.В. Майорова, аспиранты и студенты). В этом же направлении работают тесно сотрудничающие с кафедрой группы М.Г. Козлова и А.В. Титова (ПИЯФ, Гатчина).