Átomo exótico - Exotic atom

Um átomo exótico é um átomo normal em que uma ou mais partículas subatômicas foram substituídas por outras partículas da mesma carga . Por exemplo, os elétrons podem ser substituídos por outras partículas carregadas negativamente, como múons (átomos muônicos ) ou píons (átomos piônicos). Como essas partículas substitutas são geralmente instáveis, os átomos exóticos normalmente têm vidas úteis muito curtas e nenhum átomo exótico observado até agora pode persistir em condições normais.

Átomos muônicos

Em um átomo muônico (anteriormente chamado de átomo mu-mésico , agora conhecido por ser um nome incorreto, já que múons não são mésons ), um elétron é substituído por um múon, que, como o elétron, é um leptão . Uma vez que os léptons são sensíveis apenas a forças fracas , eletromagnéticas e gravitacionais , os átomos muônicos são governados com uma precisão muito alta pela interação eletromagnética.

Como um múon é mais massivo do que um elétron, as órbitas de Bohr estão mais próximas do núcleo em um átomo muônico do que em um átomo comum, e as correções devido à eletrodinâmica quântica são mais importantes. O estudo dos níveis de energia dos átomos muônicos , bem como as taxas de transição de estados excitados para o estado fundamental, portanto, fornecem testes experimentais de eletrodinâmica quântica.

A fusão catalisada por muons é uma aplicação técnica dos átomos muônicos.

Hidrogênio-4.1 (hélio muônico)

Imagem do hidrogênio 4.1
Hidrogênio 4.1, feito de 2 prótons, 2 nêutrons, 1 múon e 1 elétron

O símbolo 4.1 H (Hidrogênio-4.1) foi usado para descrever o átomo exótico de hélio muônico ( 4 He-μ), que é como o hélio-4 por ter 2 prótons e 2 nêutrons . No entanto, um de seus elétrons é substituído por um múon , que também tem carga -1. Como o orbital do múon está muito próximo ao núcleo atômico , esse múon pode ser considerado uma parte do núcleo. O átomo então tem um núcleo com 2 prótons, 2 nêutrons e 1 múon, com carga nuclear total +1 (de 2 prótons e 1 múon) e apenas um elétron externo, de modo que é efetivamente um isótopo de hidrogênio em vez de um isótopo de hélio. O peso de um múon é de aproximadamente 0,1 amu, então a massa isotópica é de 4,1. Como há apenas um elétron fora do núcleo, o átomo de hidrogênio-4.1 pode reagir com outros átomos. Seu comportamento químico é o de um átomo de hidrogênio e não o de um átomo de hélio nobre. A única parte radioativa do átomo é o múon. Portanto, o átomo decai com a meia-vida do múon, 1,52 microssegundos (1,52 × 10 -6 segundos).

Átomos Hadrônicos

Um átomo hadrônico é um átomo no qual um ou mais elétrons orbitais são substituídos por um hádron com carga negativa . Possíveis hádrons incluem mésons como o píon ou kaon , produzindo um átomo piônico ou um átomo kaônico (ver hidrogênio Kaonic ), chamados coletivamente de átomos mesônicos ; antiprótons , produzindo um átomo antiprotônico ; e a
Σ-
partícula, produzindo um
Σ-
ou átomo sigmaônico .

Ao contrário dos léptons, os hádrons podem interagir por meio da força forte , então os orbitais dos átomos hadrônicos são influenciados por forças nucleares entre o núcleo e o hádron. Como a força forte é uma interação de curto alcance, esses efeitos são mais fortes se o orbital atômico envolvido estiver próximo ao núcleo, quando os níveis de energia envolvidos podem aumentar ou desaparecer devido à absorção do hádron pelo núcleo. Os átomos hadrônicos, como o hidrogênio piônico e o hidrogênio caônico , fornecem, portanto, sondas experimentais da teoria das interações fortes, a cromodinâmica quântica .

Onium

Um onium (plural: onia ) é o estado ligado de uma partícula e sua antipartícula. O ônio clássico é o positrônio , que consiste em um elétron e um pósitron unidos como um estado metaestável , com um tempo de vida relativamente longo de 142 ns no estado tripleto. Positrônio tem sido estudado desde 1950 para entender os estados ligados na teoria quântica de campos. Um desenvolvimento recente chamado eletrodinâmica quântica não relativística (NRQED) usou este sistema como campo de provas.

Pionium , um estado ligado de dois píons com cargas opostas , é útil para explorar a interação forte . Isso também deve ser verdadeiro para o protônio , que é um estado de ligação próton-antipróton. Compreender os estados ligados de pionium e protonium é importante para esclarecer noções relacionadas a hadrons exóticos , como moléculas mesônicas e estados de pentaquark . Kaonium , que é um estado ligado de dois kaons com cargas opostas, ainda não foi observado experimentalmente.

Os verdadeiros análogos do positrônio na teoria das interações fortes, entretanto, não são átomos exóticos, mas certos mésons , os estados de quarcônio , que são feitos de um quark pesado, como o quark encanto ou o quark bottom e seu antiquark. ( Os quarks top são tão pesados ​​que decaem por meio da força fraca antes de poderem formar estados vinculados.) A exploração desses estados por meio da cromodinâmica quântica não relativística (NRQCD) e da rede QCD são testes cada vez mais importantes da cromodinâmica quântica .

O muônio , apesar do nome, não é um ônio que contém um múon e um antimuon, porque a IUPAC atribuiu esse nome ao sistema de um antimuon ligado a um elétron. No entanto, a produção de um estado de ligação múon-antimuon, que é um ônio (chamado muônio verdadeiro ), foi teorizada.

Átomos hipernucleares

Os átomos podem ser compostos de elétrons orbitando um hipernúcleo que inclui partículas estranhas chamadas hiperons . Esses átomos hipernucleares são geralmente estudados por seu comportamento nuclear, caindo no reino da física nuclear em vez da física atômica .

Átomos de quasipartículas

Em sistemas de matéria condensada , especificamente em alguns semicondutores , existem estados chamados excitons que são estados ligados de um elétron e um buraco de elétron .

Moléculas exóticas

Uma molécula exótica contém um ou mais átomos exóticos.

"Molécula exótica" também pode se referir a uma molécula com alguma outra propriedade incomum, como um hexametilbenzeno piramidal # Dication e um átomo de Rydberg .

Veja também

Referências