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 ).
  • Предполагается возможность существования изотопов с массовыми числами 2, 4 и 8 ( динейтрон , тетранейтрон и октанейтрон соответственно).
• Позитроний (пара электрон - позитрон , e ⁺ e ⁻ ).
  • Теоретически предсказан, но ещё не получен димюоний (пара μ ⁺ и μ ⁻ )
• Мюонные атомы — атомы, в которых один или несколько электронов ${\displaystyle e^{-}}$ в электронной оболочке заменены на отрицательно заряженные мюоны ${\displaystyle \mu ^{-}}$

В мюонном атоме с одним мюоном (ранее назывался мезонным атомом, что некорректно, поскольку мюоны не являются мезонами ) 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 :
  • , в частности
    • Протоний — система из протона и антипротона p ⁺ p ⁻ .
  • (содержат отрицательно заряженный пи-мезон π ⁻ ), в частности
    • Пионий — система из положительного и отрицательного пи-мезонов π ⁺ π ⁻ .
  • (содержат отрицательно заряженный К-мезон K ⁻ ).
  • (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 ( π ⁰ -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

Ссылки

• Бетти С. Дж. // ЭЧАЯ. — 1982. — Т. 13 . — С. 164 .
• Бархоп Э. // Успехи физических наук. — 1972. — Т. 106 , № 3 . — С. 527—548 . — doi : .
• (рус.) . . Челябинский государственный университет. Дата обращения: 14 февраля 2022.