Átomo exótico

Un átomo exótico es un átomo por lo demás normal en el que una o más partículas subatómicas han sido reemplazadas por otras partículas de la misma carga. Por ejemplo, los electrones pueden ser reemplazados por otras partículas cargadas negativamente, como muones (átomos muónicos) o piones (átomos piónicos). Debido a que estas partículas sustitutas suelen ser inestables, los átomos exóticos suelen tener una vida útil muy corta y ningún átomo exótico observado hasta ahora puede persistir en condiciones normales.

Átomos muónicos

Hidrogen 4.1, fabricado de 2 protones, 2 neutrones, 1 muón y 1 electrones

En un átomo muónico (anteriormente llamado átomo mu-mesic, ahora se sabe que es un nombre inapropiado ya que los muones no son mesones), un electrón es reemplazado por un muón, que, como el electrón, es un leptón. Dado que los leptones solo son sensibles a las fuerzas débiles, electromagnéticas y gravitatorias, los átomos muónicos se rigen con una precisión muy alta por la interacción electromagnética.

Dado que un muón es más masivo que un electrón, las órbitas de Bohr están más cerca del núcleo en un átomo muónico que en un átomo ordinario, y las correcciones debidas a la electrodinámica cuántica son más importantes. Estudio de átomos muónicos' los niveles de energía, así como las tasas de transición de los estados excitados al estado fundamental, proporcionan pruebas experimentales de la electrodinámica cuántica.

La fusión catalizada por muones es una aplicación técnica de los átomos muónicos.

Helio muónico (Hidrógeno-4.1)

El símbolo ^4.1H (Hidrógeno-4.1) se ha utilizado para describir el exótico átomo muónico helio (⁴He-μ), que es como el helio-4 en que tiene 2 protones y 2 neutrones. Sin embargo, uno de sus electrones es reemplazado por un muón, que también tiene carga –1. Debido a que el radio orbital del muón es menor que 1/200 del radio orbital del electrón (debido a la relación de masa), el muón puede considerarse parte del núcleo. El átomo tiene entonces un núcleo con 2 protones, 2 neutrones y 1 muón, con carga nuclear total +1 (de 2 protones y 1 muón) y solo un electrón fuera, de modo que es efectivamente un isótopo de hidrógeno en lugar de un isótopo de helio. El peso de un muón es de aproximadamente 0,1 Da, por lo que la masa isotópica es de 4,1. Dado que solo hay un electrón fuera del núcleo, el átomo de hidrógeno-4.1 puede reaccionar con otros átomos. Su comportamiento químico es el de un átomo de hidrógeno y no el de un átomo de helio noble. La única parte radiactiva del átomo es el muón. Por lo tanto, el átomo se desintegra con la vida media del muón, 1,52 microsegundos (1,52 × 10⁻⁶ segundos).

Átomos hadrónicos

Un átomo hadrónico es un átomo en el que uno o más de los electrones orbitales son reemplazados por un hadrón con carga negativa. Los posibles hadrones incluyen mesones como el pión o el kaón, que producen un átomo piónico o un átomo caónico (ver hidrógeno caónico), denominados colectivamente átomos mesónicos.; antiprotones, produciendo un átomo antiprotónico; y la partícula Σ−, produciendo una
Σ ⁻
o átomo sigmaónico.

A diferencia de los leptones, los hadrones pueden interactuar a través de la fuerza fuerte, por lo que los orbitales de los átomos hadrónicos están influenciados por fuerzas nucleares entre el núcleo y el hadrón. Dado que la fuerza fuerte es una interacción de corto alcance, estos efectos son más fuertes si el orbital atómico involucrado está cerca del núcleo, cuando los niveles de energía involucrados pueden ampliarse o desaparecer debido a la absorción del hadrón por el núcleo. Los átomos hadrónicos, como el hidrógeno piónico y el hidrógeno caónico, proporcionan pruebas experimentales de la teoría de las interacciones fuertes, la cromodinámica cuántica.

Onio

Un onio (plural: onia) es el estado unido de una partícula y su antipartícula. El onio clásico es el positronio, que consta de un electrón y un positrón unidos en un estado metaestable, con una vida útil relativamente larga de 142 ns en el estado triplete. El positronio se ha estudiado desde la década de 1950 para comprender los estados ligados en la teoría cuántica de campos. Un desarrollo reciente llamado electrodinámica cuántica no relativista (NRQED) utilizó este sistema como campo de pruebas.

El pionio, un estado ligado de dos piones con cargas opuestas, es útil para explorar la interacción fuerte. Esto también debería ser cierto para el protonio, que es un estado ligado protón-antiprotón. Comprender los estados ligados del pionio y el protonio es importante para aclarar las nociones relacionadas con los hadrones exóticos, como las moléculas mesónicas y los estados de pentaquark. El caonio, que es un estado ligado de dos kaones de carga opuesta, aún no se ha observado experimentalmente.

Los verdaderos análogos del positronio en la teoría de las interacciones fuertes, sin embargo, no son átomos exóticos sino ciertos mesones, los estados de quarkonium, que están hechos de un quark pesado como el quark charm o bottom. y su antiquark. (Los quarks top son tan pesados que se desintegran a través de la fuerza débil antes de que puedan formar estados ligados). La exploración de estos estados a través de la cromodinámica cuántica no relativista (NRQCD) y la red QCD son pruebas cada vez más importantes de la cromodinámica cuántica.

El muonio, a pesar de su nombre, no es un onio que contiene un muón y un antimuón, porque la IUPAC asignó ese nombre al sistema de un antimuón unido a un electrón. Sin embargo, se ha teorizado la producción de un estado ligado muón-antimuón, que es un onio (llamado muonio verdadero).

Átomos hipernucleares

Los átomos pueden estar compuestos de electrones que orbitan alrededor de un hipernúcleo que incluye partículas extrañas llamadas hiperones. Tales átomos hipernucleares generalmente se estudian por su comportamiento nuclear, cayendo en el ámbito de la física nuclear en lugar de la física atómica.

Átomos de cuasipartículas

En los sistemas de materia condensada, específicamente en algunos semiconductores, existen estados llamados excitones, que son estados ligados de un electrón y un hueco de electrón.

Moléculas exóticas

Una molécula exótica contiene uno o más átomos exóticos.

• Di-positronium, dos átomos de positronio ligados
• Hidruro de Positronio, un átomo de positronio ligado a un átomo de hidrógeno

"Molécula exótica" también puede referirse a una molécula que tiene alguna otra propiedad poco común, como un hexametilbenceno#Dication piramidal y un átomo de Rydberg.