Экзотический атом
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( декабрь 2021 г. ) |
Экзотический атом — это обычный атом , в котором одна или несколько субатомных частиц заменены другими частицами 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 частицы-заместители обычно нестабильны, экзотические атомы обычно имеют очень короткое время жизни, и ни один из наблюдаемых до сих пор экзотических атомов не может существовать в нормальных условиях.
Мюонные атомы
[ редактировать ]
В мюонном атоме (ранее называвшемся мю-мезонным атомом, теперь известно, что это неправильное название, поскольку мюоны не являются мезонами ) [3] электрон заменяется мюоном, который, как и электрон, является лептоном . Поскольку лептоны чувствительны только к слабым электромагнитным . и гравитационным силам, мюонные атомы с очень высокой точностью управляются электромагнитным взаимодействием
Поскольку мюон более массивен, чем электрон, в мюонном атоме орбиты Бора расположены ближе к ядру, чем в обычном атоме, и поправки, обусловленные квантовой электродинамикой, более важны. мюонных атомов, Таким образом, изучение энергетических уровней а также скоростей перехода из возбужденных состояний в основное состояние обеспечивает экспериментальную проверку квантовой электродинамики.
Мюонный катализируемый синтез - это техническое применение мюонных атомов.
Другие мюонные атомы могут образовываться при взаимодействии отрицательных мюонов с обычным веществом. [4] Мюон в мюонных атомах может либо распасться, либо быть захвачен протоном. Захват мюона очень важен для более тяжелых мюонных атомов, поэтому время жизни мюона сокращается с 2,2 мкс до всего лишь 0,08 мкс. [4]
Мюонный водород
[ редактировать ]Мюонный водород подобен обычному водороду, в котором электрон заменен отрицательным мюоном — то есть протоном, вокруг которого вращается мюон. Это важно для решения загадки радиуса протона .
Мюонный гелий (Водород-4.1)
[ редактировать ]Символ 4.1 H (Водород-4.1) использовался для описания экзотического атома мюонного гелия ( 4 He-μ), который похож на гелий-4 тем, что имеет два протона и два нейтрона . [5] Однако один из его электронов заменяется мюоном , который также имеет заряд –1. Поскольку радиус орбиты мюона меньше 1 / 200-я радиуса орбиты электрона (из-за соотношения масс), мюон можно рассматривать как часть ядра. Тогда атом имеет ядро с двумя протонами, двумя нейтронами и одним мюоном, с общим зарядом ядра +1 (от двух протонов и одного мюона) и только одним электроном снаружи, так что фактически это изотоп водорода вместо изотопа гелий. Вес мюона составляет примерно 0,1 Да, поэтому изотопная масса равна 4,1. Поскольку вне ядра находится только один электрон, атом водорода-4.1 может реагировать с другими атомами. Его химическое поведение больше похоже на поведение атома водорода, чем на инертный атом гелия. [5] [6] [7]
Адронные атомы
[ редактировать ]Адронный атом — это атом, в котором один или несколько орбитальных электронов заменены отрицательно заряженным адроном . [8] Возможные адроны включают мезоны, такие как пион или каон , образующие пионный атом. [9] или каонный атом (см. Каонный водород ), собирательно называемый мезонными атомами ; антипротоны , образующие антипротонный атом ; и
С −
частица, дающая
С −
или сигмаонный атом . [10] [11] [12]
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 вовлеченная атомная орбиталь расположена близко к ядру, когда задействованные энергетические уровни могут расширяться или исчезать из-за поглощения адрона ядром. [2] [11] Адронные атомы, такие как пионный водород и каонный водород , таким образом, обеспечивают экспериментальные исследования теории сильных взаимодействий, квантовой хромодинамики . [13]
Ониум
[ редактировать ]Ониум onia (множественное число: ) — это связанное состояние частицы и ее античастицы. Классическим онием является позитроний , который состоит из электрона и позитрона, связанных вместе в метастабильном состоянии, с относительно длительным временем жизни 142 нс в триплетном состоянии. [14] Позитроний изучается с 1950-х годов для понимания связанных состояний в квантовой теории поля. Недавняя разработка под названием «Нерелятивистская квантовая электродинамика » (NRQED) использовала эту систему в качестве испытательного полигона.
Пионий , связанное состояние двух противоположно заряженных пионов , полезен для изучения сильного взаимодействия . Это также должно быть справедливо и для протония , который представляет собой связанное состояние протон-антипротон. Понимание связанных состояний пиония и протония важно для прояснения понятий, связанных с экзотическими адронами, такими как мезонные молекулы и пентакварковые состояния. Каоний , представляющий собой связанное состояние двух противоположно заряженных каонов, экспериментально пока не наблюдался.
Однако истинными аналогами позитрония в теории сильных взаимодействий являются не экзотические атомы, а некоторые мезоны , кваркония состояния , которые состоят из тяжелого кварка, такого как очарованный или нижний кварк , и его антикварка. ( Топ-кварки настолько тяжелы, что они распадаются под действием слабого взаимодействия прежде, чем смогут сформировать 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 ониевым состоянием, содержащим мюон и антимюон, потому что ИЮПАК присвоил это название системе антимюона, связанного с электроном. о создании связанного состояния мюон-антимюон, которое представляет собой оний (называемый истинным мюонием ). Однако было высказано предположение [15] То же самое относится и к экзотическому атому КЭД дитауония (или «настоящего тауония») . [16]
Гиперядерные атомы
[ редактировать ]Атомы могут состоять из электронов, вращающихся вокруг гиперядра , которое включает в себя странные частицы, называемые гиперонами . Такие гиперядерные атомы обычно изучаются на предмет их ядерного поведения, что относится скорее к области ядерной физики, чем к атомной физике .
Атомы квазичастиц
[ редактировать ]В конденсированных системах, особенно в некоторых полупроводниках , существуют состояния, называемые экситонами , которые являются связанными состояниями электрона и электронной дырки .
Экзотические молекулы
[ редактировать ]Экзотическая молекула содержит один или несколько экзотических атомов.
- Ди-позитроний , два связанных атома позитрония.
- Гидрид позитрония — атом позитрония, связанный с атомом водорода.
«Экзотическая молекула» также может относиться к молекуле, обладающей каким-либо другим необычным свойством, таким как пирамидальный гексаметилбензол#дикатион и ридберговский атом .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ §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 .
- ^ Jump up to: а б Экзотические атомы . Архивировано 22 декабря 2007 г. в Wayback Machine , AccessScience, McGraw-Hill. accessdate=26 сентября 2007 г.
- ^ Лекции памяти Дугласа Робба доктора Ричарда Фейнмана
- ^ Jump up to: а б Девонс, С.; Дуэрдот, И. (1969). «Мюонные атомы». В Барангере, М.; Фогт, Э. (ред.). Достижения ядерной физики . Спрингер. стр. 295–423. дои : 10.1007/978-1-4684-8343-7_5 . ISBN 978-1-4684-8345-1 .
- ^ Jump up to: а б Флеминг, Д.Г.; Арсено, диджей; Сухоруков О.; Брюэр, Дж. Х.; Мильке, СЛ; Шац, ГК; Гарретт, Британская Колумбия; Петерсон, Калифорния; Трулар, генеральный директор (28 января 2011 г.). «Кинетические изотопные эффекты для реакций мюонного гелия и мюония с H 2 ». Наука . 331 (6016): 448–450. Бибкод : 2011Sci...331..448F . дои : 10.1126/science.1199421 . ПМИД 21273484 . S2CID 206530683 .
- ^ Монкада, Ф.; Круз, Д.; Рейес, А. (2012). «Мюонная алхимия: трансмутация элементов с включением отрицательных мюонов». Письма по химической физике . 539 : 209–221. Бибкод : 2012CPL...539..209M . дои : 10.1016/j.cplett.2012.04.062 .
- ^ Монкада, Ф.; Круз, Д.; Рейес, А. (10 мая 2013 г.). «Электронные свойства атомов и молекул, содержащих один и два отрицательных мюона». Письма по химической физике . 570 : 16–21. Бибкод : 2013CPL...570...16M . дои : 10.1016/j.cplett.2013.03.004 .
- ^ Делофф, А. (2003). Основы теории адронного атома . Ривер Эдж, Нью-Джерси: World Scientific. п. 3. ISBN 981-238-371-9 .
- ^ Хори, М.; Агай-Хозани, Х.; Сотер, А.; Дакс, А.; Барна, Д. (6 мая 2020 г.). «Лазерная спектроскопия пионных атомов гелия». Природа . 581 (7806): 37–41. Бибкод : 2020Natur.581...37H . дои : 10.1038/s41586-020-2240-x . ПМИД 32376962 . S2CID 218527999 .
- ^ с. 8, §16.4, §16.5, Делофф.
- ^ Jump up to: а б Странный мир экзотического атома , Роджер Барретт, Дафна Джексон и Хабатва Мвин, New Scientist , 4 августа 1990 г. Дата доступа = 26 сентября 2007 г.
- ^ с. 180, Квантовая механика , Б.К. Агарвал и Хари Пракаш, Нью-Дели: Prentice-Hall of India Private Ltd., 1997. ISBN 81-203-1007-1 .
- ^ Экзотические атомы проливают свет на фундаментальные вопросы , CERN Courier , 1 ноября 2006 г. Дата доступа = 26 сентября 2007 г.
- ^ Адкинс, Г.С.; Фелл, Р.Н.; Сапирштейн, Дж. (29 мая 2000 г.). «Заказать α 2 Поправки к скорости распада ортопозитрония». Physical Review Letters . 84 (22): 5086–5089. arXiv : hep-ph/0003028 . Bibcode : 2000PhRvL..84.5086A . doi : 10.1103/PhysRevLett.84.5086 . PMID 109 . 90873 1165868 .
- ^ Национальная ускорительная лаборатория Министерства энергетики/SLAC (4 июня 2009 г.). «Теоретики открывают путь к истинному мюонию – невиданному атому» . ScienceDaily . Проверено 7 июня 2009 г.
- ^ д'Энтеррия, Дэвид; Перес-Рамос, Редами; Шао, Хуа-Шэн (2022). «Дитауониевая спектроскопия». Европейский физический журнал C . 82 (10): 923. arXiv : 2204.07269 . Бибкод : 2022EPJC...82..923D . doi : 10.1140/epjc/s10052-022-10831-x . S2CID 248218441 .
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
