Átomo exótico

Un átomo exótico es un átomo que, por lo demás, es normal , en el que una o más partículas subatómicas han sido sustituidas por otras. Por ejemplo, los electrones pueden ser sustituidos por otras partículas con carga negativa, como muones (átomos muónicos) o piones (átomos piónicos). ^{[ 1 ] [ 2 ]} Debido a que estas partículas sustitutas suelen ser inestables, los átomos exóticos generalmente tienen vidas medias muy cortas y ningún átomo exótico observado hasta ahora puede persistir en condiciones normales.

En un átomo muónico (anteriormente llamado átomo mu-mésico , ahora se sabe que es un nombre inapropiado ya que los muones no son mesones ), ^{[ 3 ]} un electrón es reemplazado por un muón, que, al igual que el electrón, es un leptón . Dado que los leptones solo son sensibles a las fuerzas débiles , electromagnéticas y gravitacionales , los átomos muónicos se rigen con gran precisión 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. Por lo tanto, el estudio de los niveles de energía de los átomos muónicos, así como las tasas de transición de los estados excitados al estado fundamental, proporcionan pruebas experimentales de la electrodinámica cuántica.

Se pueden formar otros átomos muónicos cuando los muones negativos interactúan con la materia ordinaria. ^{[ 4 ]} El muón en los átomos muónicos puede desintegrarse o ser capturado por un protón. La captura de muones es muy importante en los átomos muónicos más pesados, pero reduce la vida útil del muón de 2,2  μs a solo 0,08  μs. ^{[ 4 ]}

Un átomo hadrónico es un átomo en el que uno o más de los electrones orbitales son reemplazados por un hadrón con carga negativa . ^{[ 9 ]} Los hadrones posibles incluyen mesones como el pión o el kaón , que producen un átomo piónico ^{[ 10 ]} o un átomo kaónico (véase hidrógeno kaónico ), denominados colectivamente átomos mesónicos ; antiprotones , que producen un átomo antiprotónico ; y el Σ ⁻partícula, produciendo una Σ ⁻o átomo sigmaónico . ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}

A diferencia de los leptones, los hadrones pueden interactuar mediante la fuerza fuerte , por lo que los orbitales de los átomos hadrónicos se ven influenciados por las 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 ensancharse o desaparecer debido a la absorción del hadrón por el núcleo. ^{[ 2 ] [ 12 ]} Los átomos hadrónicos, como el hidrógeno piónico y el hidrógeno kaónico , proporcionan así sondas experimentales de la teoría de las interacciones fuertes, la cromodinámica cuántica . ^{[ 14 ]}

Un onio (plural: onia ) es el estado ligado de una partícula y su antipartícula. El onio clásico es el positronio , que consiste en un electrón y un positrón ligados como un estado metaestable , con una vida media relativamente larga de 142 ns en el estado triplete. ^{[ 15 ]} 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 nociones relacionadas con hadrones exóticos como las moléculas mesónicas y los estados pentaquark . El kaonio , que es un estado ligado de dos kaones con cargas opuestas, aún no se ha observado experimentalmente. Sin embargo, se ha demostrado que el kaonio emerge como una resonancia aguda en las secciones transversales fotón-fotón a mesón-mesón ^{[ 16 ]} .

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

El muonio , a pesar de su nombre, no es un estado onio que contenga un muón y un antimuón, ya que la IUPAC asignó ese nombre al sistema de un antimuón ligado a un electrón. Sin embargo, se ha teorizado sobre la producción de un estado ligado muón-antimuón, que es un onio (llamado muonio verdadero ). ^{[ 17 ]} Lo mismo se aplica al átomo exótico de QED ditauonio (o "tauonio verdadero") . ^{[ 18 ]}

Los átomos pueden estar compuestos de electrones que orbitan un hipernúcleo que incluye partículas extrañas llamadas hiperones . Estos átomos hipernucleares se estudian generalmente por su comportamiento nuclear, lo que corresponde al ámbito de la física nuclear más que al de la física atómica .

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 .

Una molécula exótica contiene uno o más átomos exóticos.

• Dipositronio , dos átomos de positronio unidos
• Hidruro de positronio , un átomo de positronio unido a un átomo de hidrógeno.

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