Exotický atom - Exotic atom

Exotické atomy je jinak normální atom , ve kterých byly jedna nebo více částic sub-atomová nahrazeny jinými částicemi stejného náboje . Například, elektrony mohou být nahrazeny jinými záporně nabitých částic, jako jsou miony (muonic atomů) nebo piony (propionové atomů). Protože tyto náhradní částice jsou obvykle nestabilní, mají exotické atomy obvykle velmi krátkou životnost a žádný dosud pozorovaný exotický atom nemůže za normálních podmínek přetrvávat.

Muonické atomy

V muonickém atomu (dříve nazývaném mu- mezický atom , nyní známý jako nesprávné pojmenování, protože muony nejsou mezony ), je elektron nahrazen mionem, který je, stejně jako elektron, lepton . Protože jsou leptony citlivé pouze na slabé , elektromagnetické a gravitační síly, jsou muonické atomy řízeny elektromagnetickou interakcí velmi přesně.

Vzhledem k tomu, že mion je masivnější než elektron, oběžné dráhy Bohr jsou v muonickém atomu blíže k jádru než v běžném atomu a korekce způsobené kvantovou elektrodynamikou jsou důležitější. Studium energetických hladin muonických atomů a rychlostí přechodu z excitovaných stavů do základního stavu proto poskytuje experimentální testy kvantové elektrodynamiky.

Muonem katalyzovaná fúze je technická aplikace muonických atomů.

Hydrogen-4.1 (Muonic helium)

Obrázek vodíku 4.1
Vodík 4.1, vyrobený ze 2 protonů, 2 neutronů, 1 mionu a 1 elektronu

Symbol 4.1 H (Hydrogen-4.1) byl použit k popisu exotického atomu muonického hélia ( 4 He-μ), který je jako helium-4 a má 2 protony a 2 neutrony . Jeden z jeho elektronů je však nahrazen mionem , který má také náboj –1. Protože orbitál mionu je velmi blízko atomového jádra , lze tento mion považovat za součást jádra. Atom má potom jádro se 2 protony, 2 neutrony a 1 mionem, s celkovým jaderným nábojem +1 (od 2 protonů a 1 mionu) a pouze jedním elektronem venku, takže je ve skutečnosti izotopem vodíku místo izotopu hélium. Hmotnost mionu je přibližně 0,1 amu, takže izotopová hmotnost je 4,1. Protože mimo jádro je pouze jeden elektron, atom vodíku-4.1 může reagovat s jinými atomy. Jeho chemické chování je chování atomu vodíku a ne vzácného atomu helia. Jedinou radioaktivní částí atomu je mion. Atom se proto rozpadá s poločasem rozpadu mionu, 1,52 mikrosekundy (1,52 × 10-6 sekund).

Hadronické atomy

Hadronový atom je atom, ve kterém jeden nebo více z orbitálních elektronů jsou nahrazeny záporně nabitým hadronů . Možné hadrony zahrnují mezony, jako je pion nebo kaon , čímž se získá pionický atom nebo kaonický atom (viz Kaonův vodík ), souhrnně nazývané mezonické atomy ; antiprotony , poskytující antiprotonický atom ; a
Σ-
 částice, čímž se získá a
Σ-
nebo sigmaonský atom .

Na rozdíl od leptonů mohou hadrony interagovat prostřednictvím silné síly , takže orbitaly hadronových atomů jsou ovlivňovány jadernými silami mezi jádrem a hadronem. Vzhledem k tomu, že silná síla je interakcí krátkého dosahu, jsou tyto efekty nejsilnější, pokud je zapojený atomový orbitál blízko jádra, kdy se příslušné energetické hladiny mohou rozšířit nebo zmizet kvůli absorpci hadronu jádrem. Hadronické atomy, jako je pionický vodík a kaonický vodík , tak poskytují experimentální sondy teorie silných interakcí, kvantové chromodynamiky .

Onium

Hlavní článek: Onium

Oniové (množné číslo: Onia ) je vázaný stav částice a antičástice. Klasické onium je pozitronium , které se skládá z elektronu a pozitronu spojených dohromady jako metastabilní stav, s relativně dlouhou životností 142 ns ve stavu tripletu. Pozitronium bylo studováno od 50. let 20. století, aby porozumělo vázaným stavům v kvantové teorii pole. Nedávný vývoj nazvaný nerelativistická kvantová elektrodynamika (NRQED) použil tento systém jako důkaz.

Pionium , vázaný stav dvou opačně nabitých pionů , je užitečné pro zkoumání silné interakce . To by mělo platit i pro protonium , což je stav vázaný na protony a antiprotony. Pochopení vázaných stavů pionia a protonia je důležité pro objasnění pojmů souvisejících s exotickými hadrony, jako jsou mezonové molekuly a stavy pentaquarku . Kaonium , což je vázaný stav dvou opačně nabitých kaonů, zatím nebylo experimentálně pozorováno.

Skutečnými analogy pozitronia v teorii silných interakcí však nejsou exotické atomy, ale určité mezony , uvádí kvarkonium , které jsou vyrobeny z těžkého kvarku, jako je kouzlo nebo spodní kvark a jeho antikvark. ( Špičkové kvarky jsou tak těžké, že se rozpadají díky slabé síle, než mohou vytvořit vázané stavy.) Průzkum těchto stavů prostřednictvím nerelativistické kvantové chromodynamiky (NRQCD) a mřížkového QCD je stále důležitějším testem kvantové chromodynamiky .

Muonium , navzdory svému názvu, není onium obsahující mion a antimuon, protože IUPAC přiřadil toto jméno systému antimuonu vázaného elektronem. Produkce vázaného stavu mion -antimuon, což je onium (nazývané pravé muonium ), však byla teoretizována.

Hypernukleární atomy

Hlavní článek: Hypernucleus

Atomy mohou být složeny z elektronů obíhajících hypernukleus, který obsahuje podivné částice zvané hyperony . Takové hypernukleární atomy jsou obecně studovány kvůli jejich jadernému chování, které spadají spíše do oblasti jaderné fyziky než do atomové fyziky .

Atomy quasiparticle

V systémech kondenzované hmoty , konkrétně v některých polovodičích , existují stavy zvané excitony, které jsou vázanými stavy elektronu a elektronové díry .

Exotické molekuly

Exotická molekula obsahuje jeden nebo více exotických atomů.

"Exotická molekula" může také znamenat molekulu, která má některé další neobvyklé vlastnosti, jako je pyramidální hexamethylbenzen#Dication a Rydbergův atom .

Viz také

Reference