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奇特原子

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奇異原子通常是指與一般原子構成不同的原子，普通的原子是由電子e、質子p和中子n這三種長壽的粒子構成，但奇異原子卻是以其他的粒子代替這三種穩定粒子中的一個或多個，通過電磁相互作用構成。
中文名
奇特原子
外文名
exotic atom
別    名
奇異原子
特    徵
其他粒子通過電磁作用形成原子
產生原理
介子或超子慢化俘獲或重粒子衰變
用    途
研究許多基本問題的“實驗室”

目錄

  1. 1 產生原理
  2. 2 類氫原子
  3. 3 研究用途
  1. 4 特點
  2. 5 種類
  3. ▪ 著名的奇異原子
  1. ▪ 奇異原子列表

奇特原子產生原理

μ－子取代電子形成的μ－奇特原子是最早發現的奇特原子，也稱μ子原子。中國物理學家張文裕最早發現μ－奇特原子的特徵光子。一般使用俘獲法或重粒子衰變法產生奇特原子：①把高能碰撞中產生的高速運動的介子或超子慢化到俘獲或被俘獲截面很大的狀態，使得帶負電的粒子取代原子中的電子（如μ子原子），或帶正電的粒子俘獲電子（如μe原子）形成奇特原子；②用重粒子衰變直接產生奇特原子，如KL0→(πμ)+v0衰變。 [1] 

奇特原子類氫原子

由一個正粒子代替質子與電子組成的奇特原子稱類氫原子。如(e+e－)稱為正電子素，(μ+e－)稱為μ子素，它們都是類氫原子。μ+質量是e+的207倍，所以μ子素更像氫原子（見表）。
正電子素、μ子素與氫原子的比較
名稱
化學符號
摺合質量
（相對於電子）
電荷之間的距離（cm）
電離勢（eV）
氫
H
1
0.529×10－8
13.595
μ子素
Mu
0.995
0.532×10－8
13.539
正電子素
Ps
0.5
1.06×10－8
6.80
它們都具有特別短的壽命，可作為氫的示蹤劑。

奇特原子研究用途

奇特原子可作為許多基本問題研究的“實驗室”，如檢驗狄拉克方程、靜電力與庫侖定律的偏離、原子核大小的效應。利用（μe）原子這種純輕子原子驗證電弱統一理論；利用奇特原子的形成和衰變以及能級的分裂和移動，測量生成奇特原子的粒子的基本量和基本性質；利用其能級分裂值精確測定μ介子、π介子、K介子、超子等的質量等。 [1] 

奇特原子特點

奇特原子若是由介子或超子等粒子組成，這些粒子有不同的自旋，質量比電子的大兩三個量級。與普通原子相比奇特原子有以下三個特點：
①摺合質量、結合能大兩三個量級，線度小兩三個量級，能級間躍遷快兩三個量級；
②有多種不同的自旋角動量；
③基態不穩定，奇特原子或者因其“核”同“電子”碰到一起衰減成別的粒子而解體；或者因其中的介子或超子中壽命較短的一個自行衰變成別的粒子而解體。 [1] 

奇特原子種類

奇特原子著名的奇異原子

奇特原子奇異原子列表

  • 輕子束縛態
    • 單態電子偶素（para-Positronium）（p-Ps）
    • 三態電子偶素（ortho-Positronium）（o-Ps）
    • 電子偶素（Positronium）或稱正子素，化學符號是Ps
    • 氫化電子偶素（Positronium hydride），化學式為PsH
    • 雙電子偶素（Di-positronium），化學式為Ps2
    • 緲子偶素（Muonium）或稱μ子素，化學符號是Mu，電子繞正μ子旋轉
    • 反緲子偶素（Antimuonium）或反μ子素，正電子繞負μ子旋轉
    • 真緲子偶素（true Muonium）正反μ子束縛態
    • 陶子偶素（Tauonium）或稱τ子素，電子繞正τ子旋轉
    • 反陶子偶素（Antitauonium）或反τ子素，正電子繞負τ子旋轉
    • 真陶子偶素（true Tauonium）正反τ子束縛態
  • 輕子原子
    • μ氫原子（hydrogen muon atom）μ子與氫原子核（質子）構成的原子
    • 氫-4.1（super-heavy hydrogen）或稱μ氦核原子（The neutral muonic helium atom）氦-4原子的一個電子由緲子取代，緲子比較重，所以原子核由1個緲子、2個質子和2箇中子組成、外側只有一個電子，因此可以視為一種氫的同位素，1個緲子重約0.113原子質量單位，故名氫-4.1(H)，這種原子可與其他元素反應，其行為更像一個氫原子而不是像氦原子
    • μ原子（mu atom）μ子繞原子核旋轉
    • τ原子（tau atom）τ子繞原子核旋轉
  • 雙強子原子
    • Σ原子 負Σ超子繞原子核旋轉
    • Ξ原子
    • Ω原子
    • 反質子氫（Antiprotonic hydrogen）
    • 反質子氦（Antiprotonic helium）
    • 質子偶素（protonium）
    • 反質子原子（antiprotonic atom）反質子（帶負電荷的質子）繞原子核旋轉
    • 超子原子（Hyperon atom）
    • π介子偶素（Pionium）ππ原子（記為A2π）
    • K介子偶素（Kaonium）KK原子
    • πK原子
    • πK原子
    • 介子偶素（mesonium）
    • K氫原子或稱K介子原子（Kaonic hydrogen）
    • K氘原子 一個K介子和兩個質子組成
    • π原子 負π介子繞原子核旋轉
    • K原子 負K介子繞原子核旋轉
    • 介子原子（mesonic atom）
    • 雙介子原子（dimeson atom）
    • 重子原子（baryonic atom）
  • 核束縛態
    • Λ超核
    • 雙Λ超核
    • Σ超核
    • Ξ超核
    • Ω超核
    • 多奇異數超核
    • 重味超核
    • π介子核
    • η介子核
    • K介子核
    • 重味介子核
    • 介子核（Mesonucleus）
    • 超核（Hypernucleus）
  • 反物質（Antimatter）
    • 反氫（antihydrogen）H
    • 反氘（D）
    • 反氚（T）
    • 反氦（He）
    • 反氦4（He）（目前發現最重反物質）
    • 反Λ超氚（antihypertriton）
參考資料
  • 1.    詞條作者：張肇西．《中國大百科全書》74卷（第一版）物理學 詞條：奇特原子：中國大百科全書出版社，1987