별난 원자

별난 원자(exotic atom)는 원자에서 일부 아원자 입자가 같은 전하의 다른 입자로 대체된 물질이다. 예로 전자가 다른 음전하를 가진 뮤온으로 대치되거나(뮤온 원자), 파이온으로 대치되는 경우(파이온 원자)가 있다.§1.8, Constituents of Matter: Atoms, Molecules, Nuclei and Particles, Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, and Wilhelm Raith, Berlin: Walter de Gruyter, 1997, .Exotic atoms , AccessScience, McGraw-Hill. Accessed on line September 26, 2007. 이 입자의 구성요소가 보통 불안정하므로, 별난 원자들은 보통 불안정하며, 수명이 매우 짧다.

 뮤온 원자 
뮤온 원자에서는 전자가 뮤온으로 대치된다. 뮤온도 전자처럼 렙톤이고, 렙톤은 전자기력, 약력, 중력만을 느낄 수 있으므로, 뮤온원자를 지배하는 힘은 전자기력이다. 렙톤과 핵은 강력을 느끼지 못한다.

뮤온이 전자보다 무거워 보어 모형에 의해 궤도가 핵에 더 가까우므로, 정확히 계산하려면 양자전기역학을 이용해야 한다. 뮤온 원자의 에너지 준위를 연구하여 들뜬 상태와 바닥 상태의 전이를 관찰하여 양자전기역학을 실험할 수 있다.

뮤온 촉매 핵융합은 뮤온원자에 대한 기술적 응용이다.

 타우온 원자 
타우온 원자에서는 전자가 타우온으로 대치된다. 타우온도 전자처럼 렙톤이고, 렙톤은 전자기력, 약력, 중력만을 느낄 수 있으므로, 타우온원자를 지배하는 힘은 전자기력이다. 렙톤과 핵은 강력을 느끼지 못한다.

타우온이 전자보다 무거워 보어 모형에 의해 궤도가 핵에 더 가까우므로, 정확히 계산하려면 양자전기역학을 이용해야 한다. 타우온 원자의 에너지 준위를 연구하여 들뜬 상태와 바닥 상태의 전이를 관찰하여 양자전기역학을 실험할 수 있다.

 강입자 원자 
강입자 원자는 궤도 내의 전자가 강입자로 대치된 원자이다.p. 3, Fundamentals in Hadronic Atom Theory, A. Deloff, River Edge, New Jersey: World Scientific, 2003. .
파이온이나 케이온 같은 중간자으로 대치된 경우 중간자 원자, 반양성자로 대치된 경우 반양성자 원자, 중입자로 대치된 경우 중입자 원자라고도 부른다.p. 8, §16.4, §16.5, Deloff.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.p. 180, Quantum Mechanics, B. K. Agarwal and Hari Prakash, New Delhi: Prentice-Hall of India Private Ltd., 1997. .

렙톤과 달리 강입자는 강한 상호작용을 하므로, 에너지 준위또한 원자핵과 강입자 사이에 작용하는 강력의 영향을 받는다. 강력은 짧은 거리에서 작용하므로, 이 효과는 오비탈이 핵에 더 가까울 때 커진다. 파이온 수소나 케이온 수소의 연구는 양자색역학이라는 강력 이론을 검증하는데 활용된다.Exotic atoms cast light on fundamental questions , CERN Courier, November 1, 2006. Accessed on line September 26, 2007.

 오늄 

오늄(onium)은 한입자와 그 반입자의 바닥 상태이다. 가장 간단한 오늄은 포지트로늄으로, 전자와 양전자가 같이 돌고 있다. 포지트로늄은 1950년대에 양자 마당 이론연구를 위해 이미 연구되었다. 최근에는 비상대론적 양자색전기학 (NRQED) 연구에 쓰인다.

두 전하가 다른 파이온이 도는 파이온 원자는 강력 상호작용을 탐구하는데 흥미롭다. 하지만, 무거운 쿼크와 그 반입자가 결합한 쿼크오늄이라는 메존은 별난 원자가 아니다. 이 상태의 연구는 비상대론적 양자색역학 (NRQCD)에 쓰인다.

뮤오늄은 이름과 달리 뮤온과 반뮤온이 결합된 입자가 아니므로, 오늄이 아니다. IUPAC은 이 이름을 반뮤온과 전자가 결한된 계에 할당했다. 하지만 뮤온과 반뮤온이 결합된 진짜 뮤오늄은 이론적으로 예측된 적이 있다. DOE/SLAC National Accelerator Laboratory (2009, June 4). Theorists Reveal Path To True Muonium -- Never-seen Atom. ScienceDaily. Retrieved June 7, 2009.

 하이퍼론 원자 

전자가 하이퍼론을 도는 경우이다.

 같이 보기 
 포지트로늄
 다이포지트로늄
 카온 수소
 뮤오늄
 양자전기역학
 쿼크오늄
 양자색역학
 반수소

 각주 


분류:양자색역학