Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с экзотических атомов )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Экзотический атом представляет собой иное нормальный атом , в котором один или более суб-атомные частицы были заменены другими частицами одного и того же заряда. Например, электроны могут быть заменены другими отрицательно заряженными частицами, такими как мюоны (мюонные атомы) или пионы (пионные атомы). [1] [2] Поскольку эти замещающие частицы обычно нестабильны, экзотические атомы обычно имеют очень короткое время жизни, и ни один экзотический атом, наблюдаемый до сих пор, не может существовать в нормальных условиях.

Мюонные атомы [ править ]

В мюонном атоме (ранее называвшемся мю-мезическим атомом, теперь это ошибочное название, поскольку мюоны не являются мезонами ) [3] электрон заменен мюоном, который, как и электрон, является лептоном . Поскольку лептоны чувствительны только к слабым , электромагнитным и гравитационным силам, мюонные атомы с очень высокой точностью регулируются электромагнитным взаимодействием.

Поскольку мюон массивнее электрона, орбиты Бора ближе к ядру в мюонном атоме, чем в обычном атоме, и поправки, обусловленные квантовой электродинамикой , более важны. Таким образом, изучение энергетических уровней мюонных атомов, а также скорости перехода из возбужденного состояния в основное состояние обеспечивает экспериментальную проверку квантовой электродинамики.

Синтез, катализируемый мюонами, - это техническое применение мюонных атомов.

Водород-4.1 [ править ]

Основная статья: Изотопы водорода § Водород-4.1 (мюонный гелий)

Водород-4.1, также известный как «нейтральный мюонный гелий» [4] , похож на гелий, потому что он имеет 2 протона и 2 нейтрона , но один из его электронов заменен мюоном. Поскольку орбиталь мюона находится очень близко к ядру атома из-за его большей массы, этот мюон можно рассматривать как часть атомного ядра . Ядро атома состоит из 1 мюона, 2 протонов и 2 нейтронов и только одного электрона, вращающегося по орбите, поэтому его можно рассматривать как экзотический изотоп водорода. Вес мюона 0,1u, отсюда и название Водород-4,1 ( 4,1ЧАС). Атом водорода-4.1 может реагировать с другими атомами. Он ведет себя как атом водорода, а не как атом гелия. [5]

Адронные атомы [ править ]

Адронныи атом представляет собой атом , в котором один или более из орбитальных электронов заменены отрицательно заряженного адроном . [6] Возможные адроны включают мезоны, такие как пион или каон , с образованием пионного атома [7] или каонного атома (см. Каонный водород ), вместе называемых мезонными атомами ; антипротоны , дающие антипротонный атом ; иΣ- частица, давая
Σ-
или сигмаонический атом . [8] [9] [10]

В отличие от лептонов, адроны могут взаимодействовать посредством сильного взаимодействия , поэтому на орбитали адронных атомов влияют ядерные силы между ядром и адроном. Поскольку сильное взаимодействие представляет собой короткодействующее взаимодействие, эти эффекты наиболее сильны, если задействованная атомная орбиталь находится близко к ядру, когда задействованные уровни энергии могут расширяться или исчезать из-за поглощения адрона ядром. [2] [9] Атомы адронов, такие как пионный водород и каонный водород , таким образом, обеспечивают экспериментальные исследования теории сильных взаимодействий, квантовой хромодинамики . [11]

Onium [ править ]

Основная статья: Onium

Ониевый ( во множественном числе: Onia ) является связанным состоянием частицы и ее античастицы. Классический оний - это позитроний , который состоит из электрона и позитрона, связанных вместе в метастабильном состоянии, с относительно большим временем жизни 142 нс в триплетном состоянии. [12] Позитроний изучается с 1950-х годов для понимания связанных состояний в квантовой теории поля. Недавняя разработка, получившая название нерелятивистской квантовой электродинамики (NRQED), использовала эту систему в качестве испытательного полигона.

Пионий , связанное состояние двух противоположно заряженных пионов , полезно для исследования сильного взаимодействия . Это также должно относиться к протонию , который является связанным состоянием протон-антипротон. Понимание связанных состояний пиония и протония важно для прояснения понятий, связанных с экзотическими адронами, такими как мезонные молекулы и состояния пентакварков . Каоний , представляющий собой связанное состояние двух противоположно заряженных каонов, экспериментально еще не наблюдался.

Однако настоящими аналогами позитрония в теории сильных взаимодействий являются не экзотические атомы, а определенные мезоны , состояния кваркония , которые состоят из тяжелого кварка, такого как очаровательный или нижний кварк и его антикварк. ( Топ-кварки настолько тяжелы, что распадаются под действием слабого взаимодействия, прежде чем могут образовывать связанные состояния.) Исследование этих состояний с помощью нерелятивистской квантовой хромодинамики (NRQCD) и решеточной КХД становится все более важным тестом квантовой хромодинамики .

Мюоний , несмотря на свое название, не является онием, содержащим мюон и антимюон, потому что ИЮПАК дал такое название системе антимюона, связанного с электроном. Однако возникновение связанного состояния мюон-антимюон, которое представляет собой оний (называемый истинным мюонием ), было теоретически обосновано. [13]

Гиперядерные атомы [ править ]

Основная статья: Гиперядро

Атомы могут состоять из электронов, вращающихся вокруг гиперядра , содержащего странные частицы, называемые гиперонами . Такие гиперядерные атомы обычно изучаются на предмет их ядерного поведения, попадая в сферу ядерной физики, а не атомной физики .

Квазичастичные атомы [ править ]

В системах конденсированного состояния , особенно в некоторых полупроводниках , существуют состояния, называемые экситонами, которые являются связанными состояниями электрона и электронной дырки .

Экзотические молекулы [ править ]

Экзотическая молекула содержит один или несколько экзотических атомов.

  • Дипозитроний , два связанных атома позитрония
  • Гидрид позитрония, атом позитрония, связанный с атомом водорода
  • Хлорид мюония

«Экзотическая молекула» может также относиться к молекуле, обладающей некоторыми другими необычными свойствами, такими как пирамидный гексаметилбензол # Дикатион и атом Ридберга .

См. Также [ править ]

  • Антиводород
  • Антипротонный гелий
  • Каонный водород
  • Решетка КХД
  • Мюоний
  • Нейтроний
  • Пионий
  • Позитроний
  • Квантовая хромодинамика
  • Квантовая электродинамика
  • Кварконий

Ссылки [ править ]

  1. ^ §1.8, Составляющие материи: атомы, молекулы, ядра и частицы , Людвиг Бергманн, Клеменс Шефер и Вильгельм Райт, Берлин: Вальтер де Грюйтер, 1997, ISBN  3-11-013990-1 .
  2. ^ a b Экзотические атомы. Архивировано 22 декабря 2007 г. в Wayback Machine , AccessScience, McGraw-Hill. accessdate = 26 сентября 2007 г.
  3. ^ Дуглас Робб Мемориал Лекции доктора Ричарда Фейнмана
  4. ^ Флеминг, Д.Г. Арсено, ди-джей; Сухоруков, О .; Брюэр, JH; Mielke, SL; Schatz, GC; Гарретт, Британская Колумбия; Петерсон, KA; Трулар, Д.Г. (28 января 2011 г.). «Кинетические изотопные эффекты для реакций мюонного гелия и мюония с H2». Наука . 331 (6016): 448–450. Bibcode : 2011Sci ... 331..448F . DOI : 10.1126 / science.1199421 . PMID 21273484 . S2CID 206530683 .  
  5. ^ Флеминг, Д.Г. Арсено, ди-джей; Сухоруков, О .; Брюэр, JH; Mielke, SL; Schatz, GC; Гарретт, Британская Колумбия; Петерсон, KA; Truhlar, DG (28 января 2011 г.). «Кинетические изотопные эффекты для реакций мюонного гелия и мюония с H2» . Наука . 331 (6016): 448–450. Bibcode : 2011Sci ... 331..448F . DOI : 10.1126 / science.1199421 . PMID 21273484 . S2CID 206530683 .  
  6. ^ стр. 3, Основы теории адронных атомов, А. Делофф, Ривер Эдж, Нью-Джерси: World Scientific, 2003. ISBN 981-238-371-9 . 
  7. ^ Хори, М .; Агай-Хозани, Х .; Sótér, A .; Dax, A .; Барна Д. (6 мая 2020 г.). «Лазерная спектроскопия пионных атомов гелия» . Природа . 581 (7806): 37–41. Bibcode : 2020Natur.581 ... 37H . DOI : 10.1038 / s41586-020-2240-х . PMID 32376962 . S2CID 218527999 .  
  8. ^ стр. 8, §16.4, §16.5, Делофф.
  9. ^ a b Странный мир экзотического атома , Роджер Барретт, Дафна Джексон и Хабатва Мвин, New Scientist , 4 августа 1990 г. accessdate = 26 сентября 2007 г.
  10. ^ стр. 180, Квантовая механика , Б.К. Агарвал и Хари Пракаш, Нью-Дели: Prentice-Hall of India Private Ltd., 1997. ISBN 81-203-1007-1 . 
  11. ^ Экзотические атомы проливают свет на фундаментальные вопросы , CERN Courier , 1 ноября 2006 г. accessdate = 26 сентября 2007 г.
  12. ^ Адкинс, GS; Упал, РН; Сапирштейн, Дж. (29 мая 2000 г.). «Порядок α 2 поправок к скорости распада ортопозитрония». Письма с физическим обзором . 84 (22): 5086–5089. arXiv : hep-ph / 0003028 . Bibcode : 2000PhRvL..84.5086A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.84.5086 . PMID 10990873 . S2CID 1165868 .  
  13. ^ DOE / SLAC National Accelerator Laboratory (4 июня 2009). «Теоретики открыли путь к истинному мюонию - невиданному атому» . ScienceDaily . Проверено 7 июня 2009 года .