이국적인 원자

Exotic atom
이국적인 것과 혼동하지 말 것.

외래 원자는 하나 이상의 아원자 입자가 같은 전하의 다른 입자로 대체된 다른 정상적인 원자입니다.예를 들어, 전자는 뮤온(뮤온 원자) 또는 파이온(파이온 원자)[1][2]과 같은 다른 음전하 입자로 대체될 수 있습니다.이러한 대체 입자들이 보통 불안정하기 때문에, 외래 원자는 일반적으로 매우 짧은 수명을 가지고 있으며 지금까지 관찰된 외래 원자는 정상적인 조건에서도 지속될 수 없습니다.

뮤온 원자

Hydrogen 4.1 picture
수소 4.1, 양성자 2개, 중성자 2개, 뮤온 1개, 전자 1개로 구성됨

뮤온 원자(이전에는 뮤온이 [3]중간자가 아니기 때문에 잘못된 명칭으로 알려져 있는 뮤온 원자)에서, 전자는 전자와 같이 렙톤인 뮤온으로 대체됩니다.렙톤은 약한 전자기력과 중력에만 민감하기 때문에 뮤온 원자는 전자기 상호작용에 의해 매우 높은 정밀도로 제어된다.

뮤온은 전자보다 질량이 크기 때문에 보어 궤도는 일반 원자보다 뮤온 원자의 핵에 가깝고 양자 전기역학에 의한 보정이 더 중요하다.따라서 뮤온 원자의 에너지 수준과 들뜬 상태에서 지면 상태로의 이행 속도에 대한 연구는 양자 전기 역학의 실험적인 테스트를 제공합니다.

뮤온 촉매 융합은 뮤온 원자의 기술적 응용이다.

뮤온 헬륨(수소-4.1)

기호 H(Hydrogen-4.1)는 2개의 양성자와 [4]2개의 중성자를 가진 헬륨-4와 같은 이국적인 원자 뮤오닉 4헬륨(He-μ)을 묘사하기 위해 사용되어 왔다.그러나 전자 중 하나는 뮤온으로 대체되며 뮤온 역시 –1의 전하를 가집니다.뮤온의 궤도반경은 (질량비 때문에) 전자의 궤도반경이 1/200보다 작기 때문에 뮤온은 핵의 일부로 간주될 수 있다.원자는 2개의 양성자, 2개의 중성자, 1개의 뮤온을 가진 핵을 가지며, 총 핵 전하 +1(양성자 2개와 1개의 뮤온)을 가지며, 외부에는 하나의 전자만 있기 때문에 헬륨의 동위원소가 아닌 수소의 동위원소가 된다.뮤온의 무게는 약 0.1 amu이므로 동위원소 질량은 4.1입니다.원자핵 밖에 전자가 하나만 있기 때문에 수소 4.1 원자는 다른 원자와 반응할 수 있다.그것의 화학적 행동은 수소 원자의 그것이지 고귀한 헬륨 [5][better source needed]원자가 아니다.원자의 유일한 방사성 부분은 뮤온이다.따라서 원자는 뮤온의 반감기 1.52마이크로초(1.52×10초−6)[citation needed]와 함께 부패한다.

하드론 원자

하드론 [6]원자는 하나 이상의 궤도 전자가 음전하를 띤 하드론으로 대체되는 원자입니다.가능한 강입자에는 파이온 또는 카온과 같은 중간자가 포함되어 있으며, 파이온[7] 원자 또는 카온 원자(카온 수소 참조), 집합적으로 중간자 원자라 불리는 중간자, 반양성 원자를 생성하는 반양성자 및 δ−
 또는−
 시그마 [8][9][10]원자를 생성한다.

렙톤과 달리, 강입자는 강한 힘을 통해 상호작용할 수 있기 때문에, 강입자의 궤도는 핵과 강입자 사이의 핵력에 의해 영향을 받습니다.강한 힘은 단거리 상호작용이기 때문에, 이러한 영향은 관련된 원자 궤도가 핵에 가까울 때, 관련된 에너지 수준이 [2][9]핵에 의한 하드론의 흡수 때문에 넓어지거나 사라질 수 있을 때 가장 강력하다.따라서 파이온 수소와 카이온 수소와 같은 하드론 원자는 강한 상호작용 이론인 양자 색역학의 [11]실험적인 탐사를 제공합니다.

오늄

주요 기사:오늄

오늄(복수: 오니아)은 입자와 그 반입자의 결합 상태입니다.고전적인 오늄은 양전자이며, 전자와 양전자가 준안정 상태로 결합되어 있고, 삼중항 [12]상태에서는 비교적 긴 142 ns의 수명을 가진다.포지트로늄은 양자장 이론의 결합 상태를 이해하기 위해 1950년대부터 연구되어 왔다.비상대론적 양자전기역학(NRQED)이라 불리는 최근의 개발은 이 시스템을 실험의 장으로 사용했다.

반대 방향으로 대전된 두 파이온의 결합 상태인 파이오늄은 강한 교호작용을 탐색하는 데 유용합니다.이것은 양성자-반양성자 결합 상태인 프로토늄에도 해당되어야 한다.파이오늄과 프로토늄의 결합 상태를 이해하는 것은 중간자 분자와 펜타쿠크 상태와 같은 이국적인 하드론과 관련된 개념을 명확히 하기 위해 중요하다.반대 방향으로 대전된 두 개의 카온으로 묶인 상태인 카오늄은 아직 실험적으로 관찰되지 않았다.

하지만 강한 상호작용 이론에서 포지트로늄의 진정한 유사점은 이국적인 원자가 아니라 어떤 중간자인 쿼코늄 상태인데, 쿼크늄 상태는 참이나 바닥 쿼크와 같은 무거운 쿼크로 구성되어 있다.비상대론적 양자 색역학(NRQCD)과 격자 QCD를 통한 이러한 상태의 탐구는 양자 색역학의 점점 더 중요한 시험이다.

뮤오늄은 이름에도 불구하고 뮤온과 안티몬을 포함하는 오늄이 아닙니다. 왜냐하면 IUPAC는 이 이름을 전자와 결합된 안티몬 시스템에 할당했기 때문입니다.하지만, 뮤온-항체 결합 상태의 생성은 이론화 [13]되어 있습니다. 오늄은 진정한 뮤오늄이라고 불린다.

초핵 원자

주요 기사:하이퍼뉴클러스

원자는 하이퍼론이라고 불리는 이상한 입자를 포함하는 하이퍼핵 주위를 도는 전자들로 구성될 수 있다.그러한 초핵 원자는 일반적으로 원자 물리학이 아닌 핵 물리학의 영역에 속하며 그들의 핵 행동을 위해 연구된다.

준입자 원자

응집 물질 시스템, 특히 일부 반도체에서는, 전자와 전자 구멍의 결합 상태인 엑시톤이라고 불리는 상태가 있습니다.

외래 분자

이국적인 분자는 하나 이상의 이국적인 원자를 포함한다.

  • 2결합 포지트로늄 원자 Di-positronium
  • 수소 원자에 결합된 포지트로늄 수소화물

'엑소틱 분자'는 피라미드형 헥사메틸벤젠#Dication 및 Rydberg 원자 등 다른 특이한 성질을 가진 분자를 언급할 수도 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ § 1.8, 물질의 구성 요소: 원자, 분자, 핵과 입자, 루드비히 베르크만, 클레멘스 샤퍼, 빌헬름 라이트, 베를린:월터 드 그루이터, 1997년 ISBN3-11-013990-1.
  2. ^ a b Exactive atoms 2007-12-22 Wayback Machine, AccessScience, McGraw-Hill.accessdate= 2007년 9월 26일.
  3. ^ 리처드 파인만 박사의 더글라스 롭 기념 강연
  4. ^ Fleming, D. G.; Arseneau, D. J.; Sukhorukov, O.; Brewer, J. H.; Mielke, S. L.; Schatz, G. C.; Garrett, B. C.; Peterson, K. A.; Truhlar, D. G. (28 Jan 2011). "Kinetic Isotope Effects for the Reactions of Muonic Helium and Muonium with H2". Science. 331 (6016): 448–450. doi:10.1126/science.1199421. PMID 21273484. S2CID 206530683.
  5. ^ "The Muonic Helium Atom". Department of Chemistry. News & Events. The University of British Columbia. Retrieved 11 February 2021. The chemical interactions of 4H and 4He-μ are then virtually identical.
  6. ^ 페이지 3, 강입자 원자 이론의 기초, A.뉴저지 주, 리버 엣지, 델로프:월드 사이언티픽, 2003.ISBN 981-238-371-9.
  7. ^ Hori, M.; Aghai-Khozani, H.; Sótér, A.; Dax, A.; Barna, D. (6 May 2020). "Laser spectroscopy of pionic helium atoms". Nature. 581 (7806): 37–41. Bibcode:2020Natur.581...37H. doi:10.1038/s41586-020-2240-x. PMID 32376962. S2CID 218527999.
  8. ^ 페이지 8, §16.4, §16.5, 델로프.
  9. ^ a b 이국적인 원자의 이상한 세계, 로저 배럿, 다프네 잭슨, 하바트와 뮤니, 뉴사이언티스트, 1990년 8월 4일.accessdate=2007년 9월 26일.
  10. ^ 180페이지, 뉴델리, B. K. Agarwal과 Hari Prakash, Quantum Mechanics, New Delhi: Frentice-Hall of India Private Ltd, 1997.ISBN 81-203-1007-1.
  11. ^ CERN Courier, 2006년 11월 1일. accessdate= 2007년 9월 26일.
  12. ^ Adkins, G. S.; Fell, R. N.; Sapirstein, J. (29 May 2000). "Order α2 Corrections to the Decay Rate of Orthopositronium". Physical Review Letters. 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 (June 4, 2009). "Theorists Reveal Path To True Muonium – Never-seen Atom". ScienceDaily. Retrieved June 7, 2009.