Atomo esotico

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Un atomo esotico è un atomo altrimenti normale in cui uno o più particelle sub-atomiche sono state rimpiazzate con altre particelle della stessa carica. Per esempio, gli elettroni possono essere sostituiti da altre particelle caricate negativamente come muoni (atomi muonici) o pioni (atomi pionici).[1][2] Poiché queste particelle sostituite sono di solito instabili, gli atomi esotici in genere hanno vita breve.

Atomi muonici[modifica | modifica sorgente]

In un atomo muonico, un elettrone viene sostituito da un muone, il quale, come l'elettrone, è un leptone. Poiché i leptoni sono sensibili soltanto alle forze deboli, elettromagnetiche e gravitazionali, gli atomi muonici sono governati con precisione elevatissima dall'interazione elettromagnetica. Non ci sono complicazioni derivanti da forze forti tra il leptone e il nucleo.

Dato che un muone è più massivo di un elettrone, le orbite di Bohr sono più vicine al nucleo in un atomo muonico rispetto a un atomo ordinario e le correzioni dovute all'elettrodinamica quantistica sono più rilevanti. Lo studio dei livelli energetici degli atomi muonici così come i tassi di transizione dagli stati eccitati allo stato fondamentale permettono dunque test sperimentali riguardo all'elettrodinamica quantistica.

La fusione catalizzata da muoni è un'applicazione tecnica degli atomi muonici.

Atomi adronici[modifica | modifica sorgente]

Un atomo adronico è un atomo in cui uno o più elettroni orbitali sono stati sostituiti da adroni.[3] Gli adroni possibili comprendono: i mesoni come i pioni o kaoni, che danno un atomo mesonico; gli antiprotoni, che danno un atomo antiprotonico; e la particella Σ-, che dà un atomo sigmaonico o atomo Σ-.[4][5][6]

Diversamente dai leptoni, gli adroni possono interagire per mezzo della forza forte, in modo che i livelli di energia degli atomi adronici siano influenzati dalle forze nucleari tra il nucleo e l'adrone. Poiché la forza forte è un'interazione a breve raggio, questi effetti sono più forti se l'orbitale atomico coinvolto è vicino al nucleo, quando i livelli energetici implicati possono ampliarsi o scomparire a causa dell'assorbimento degli adroni dal nucleo.[2][5] Gli atomi adronici, come l'idrogeno pionico e l'idrogeno kaonico, forniscono così sonde sperimentali interessanti riguardo alla teoria delle interazioni forti, la cromodinamica quantistica.[7]

Onio[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Onio (fisica).

Un onio (plurale: onii o oni) è lo stato che lega una particella alla sua antiparticella. L'onio classico è il positronio, il quale è costituito di un elettrone e un positrone legati insieme come uno stato metastabile di lunga durata. Il positronio è stato studiato fin dagli anni '50 per capire gli stati legati nella teoria quantistica dei campi. Uno sviluppo recente è la elettrodinamica quantistica non-relativistica (NRQED, non-relativistic quantum electrodynamic) che usa questo sistema come un banco di prova.

Il pionio, uno stato legato di due pioni con carica opposta, è interessante per l'esplorazione dell'interazione forte. Questo dovrebbe essere vero anche per il protonio. I veri analoghi del positronio nella teoria delle interazioni forti, tuttavia, non sono gli atomi esotici, ma certi mesoni, gli stati di quarkonio , che sono fatti di un quark pesante (heavy) come il charm o bottom e i suoi antiquark. (I quark top sono così pesanti che decadono attraverso la forza debole prima che possano formare stati legati). L'eplorazione di questi stati attraverso la cromodinamica quantistica non-relativistica (NRQCD) e il QCD su reticolo sono test sempre più importanti di cromodinamica quantistica.

Il muonio, nonostante il suo nome, non è un onio contenente un muone e un antimuone, perché lo IUPAC ha assegnato questo nome al sistema di un antimuone legato a un elettrone. Tuttavia, è stata teorizzata la produzione del vero muonio, che è un onio.[8]

Comprendere gli stati legati di adroni come pionio e protonio è anche importante al fine di chiarire le nozioni relative agli adroni esotici come le molecole mesoniche e gli stati di pentaquark.

Atomi ipernucleari[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Ipernucleo.

Gli atomi possono essere composti di elettroni orbitanti intorno a un ipernucleo che comprende particelle strane chiamate iperoni. Tali atomi ipernucleari sono in genere studiati per il loro comportamento nucleare, che ricade all'interno del regno della fisica nucleare piuttosto che della fisica atomica.

Atomi quasiparticella[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Atomo quasiparticella.

Nei sistemi di materia condensata, specificamente in alcuni semiconduttori, ci sono degli stati chiamati eccitoni ovvero stati legati di un elettrone e un buco elettronico.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ §1.8, Constituents of Matter: Atoms, Molecules, Nuclei and Particles, Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, and Wilhelm Raith, Berlin: Walter de Gruyter, 1997, ISBN 3110139901.
  2. ^ a b Exotic atoms, AccessScience, McGraw-Hill. Accessed on line September 26, 2007.
  3. ^ p. 3, Fundamentals in Hadronic Atom Theory, A. Deloff, River Edge, New Jersey: World Scientific, 2003. ISBN 9812383719.
  4. ^ p. 8, §16.4, §16.5, Deloff.
  5. ^ a b The strange world of the exotic atom, Roger Barrett, Daphne Jackson and Habatwa Mweene, New Scientist, August 4, 1990. Accessed on line September 26, 2007.
  6. ^ p. 180, Quantum Mechanics, B. K. Agarwal and Hari Prakash, New Delhi: Prentice-Hall of India Private Ltd., 1997. ISBN 81-203-1007-1.
  7. ^ Exotic atoms cast light on fundamental questions, CERN Courier, November 1, 2006. Accessed on line September 26, 2007.
  8. ^ [1] DOE/SLAC National Accelerator Laboratory (2009, June 4). Theorists Reveal Path To True Muonium -- Never-seen Atom. ScienceDaily. Retrieved June 7, 2009.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]