Экзотический атом

Экзоти́ческий а́том — электромагнитно связанная атомоподобная квантовомеханическая система, в которой один (или несколько) из электронов заменён другой отрицательно заряженной частицей, либо роль ядра выполняет положительно заряженная частица.

Экзотические атомы являются короткоживущими вследствие как распада входящих в их состав частиц, так и их взаимодействия друг с другом.

При этом для экзотических атомов в ряде случаев удаётся зарегистрировать и изучить химические свойства.

Примеры

Некоторые из описанных здесь атомов получены экспериментально и изучены их свойства, например оптические спектры излучения, некоторые только предсказаны.

  • Мюоний (система из положительно заряженного мюона и электрона, μ+e−).
  • Нейтроний, «атом» без электронной оболочки с незаряженным ядром. Экспериментально был получен лишь один изотоп (см. свободный нейтрон).
  • Позитроний (пара электрон-позитрон, e+e−).
    • Теоретически предсказан, но ещё не получен димюоний (пара μ+ и μ−)[1]
  • Мюонные атомы — атомы, в которых один или несколько электронов в электронной оболочке заменены на отрицательно заряженные мюоны
Пример мюонного атома. В электронной оболочке водорода-4,1 у ядра гелия находятся отрицательный мюон и электрон. Так как масса мюона примерно в 10 раз меньше массы нуклона, можно считать что это тяжёлый изотоп водорода с массовым числом 4,1. Мюон находится вблизи ядра, поэтому электронная оболочка, на которой находится один электрон, схожа с электронной оболочкой атома водорода и имеет схожие свойства.
В мюонном атоме с одним мюоном (ранее назывался мезонным атомом что некорректно, поскольку мюоны не являются мезонами[2]) электрон заменен мюоном, который, как и электрон, является лептоном. Поскольку лептоны не принимают участие в сильных взаимодействиях а только в слабых, электромагнитных и гравитационных, мюон в мюонном атоме связан с ядром в основном силами электромагнитного взаимодействия. Так как мюон примерно в 200 раз тяжелее электрона, в мюонном атоме орбиты Бора расположены ближе к ядру, чем электроны в обычном атоме, и поправки в энергетические уровни мюонного атома, обусловленные квантовой электродинамикой, более существенны. Таким образом, изучение энергетических уровней мюонных атомов по их оптическим спектрам, а также времени жизни возбуждённых состояний обеспечивает экспериментальную проверку положений квантовой электродинамики.
Возможен термоядерный синтез с использованием мюонных атомов, например мюонного дейтерия, так называемый мюонный катализ, — это одно из применений мезонных атомов.
  • Адронные атомы, в которых электрон заменён на отрицательно заряженный мезон или барион:
    • Антипротонные атомы, в частности
    • Пионные атомы (содержат отрицательно заряженный пи-мезон π−), в частности
      • Пионий — система из положительного и отрицательного пи-мезонов π+π−.
    • Каонные атомы (содержат отрицательно заряженный К-мезон K−).
    • Гиперонные атомы (содержат отрицательно заряженный гиперон, например Σ− или Λ−).

См. также
  • Онии — связанные состояния частицы и античастицы. Электромагнитно-связанные онии являются экзотическими атомами (позитроний, протоний); однако в кварковых ониях (π0-мезон и др.) доминирует сильное взаимодействие, поэтому обычно они не рассматриваются как экзотические атомы.
  • Экситоны — квазичастицы в твёрдом теле, аналоги атомов, состоящие из электромагнитно-связанных электрона и дырки.

Примечания
  1. «Там кипеж такой стоит». Из Новосибирска прорубят окно в новую физику.
  2. Dr. Richard Feynman’s Douglas Robb Memorial Lectures

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.