Atom eksotis

Atom eksotis adalah atom normal di mana satu atau lebih partikel sub-atomik telah digantikan oleh partikel lain dengan muatan yang sama. Contoh, elektron dari suatu atom dapat digantikan oleh partikel bermuatan negatif lainnya seperti muon (menjadi atom muonik) atau pion (menjadi atom pionik).^[1] Karena partikel pengganti ini biasanya tidak stabil, atom eksotik biasanya memiliki usia hidup yang sangat singkat dan sejauh ini tidak ada atom eksotik yang teramati dapat bertahan dalam kondisi normal.

Atom muonik

Hidrogen 4.1, terbuat dari 2 proton, 2 neutron, 1 muon dan 1 elektron

Dalam atom muonik (sebelumnya disebut atom mu-mesik, tetapi sekarang dikenal sebagai muon bukan meson),^[2] elektron digantikan oleh muon, yang, sama seperti elektron, adalah sebuah lepton. Karena lepton hanya sensitif terhadap gaya nuklir lemah, elektromagnetik, dan gravitasi, atom muonik dapat berdiri sendiri dengan presisi yang sangat tinggi oleh interaksi elektromagnetik.

Karena muon lebih masif daripada elektron, orbit Bohr akan lebih dekat ke inti dalam atom muonik daripada atom biasa, dan koreksi akibat elektrodinamika kuantum akan lebih berperan. Studi tingkat energi atom muonik serta tingkat transisi dari kondisi tereksitasi ke kondisi dasar memberikan tes eksperimental elektrodinamika kuantum.

Fusi yang dikatalisis oleh muon adalah penerapan teknis dari atom muonik.

Muonik helium (Hidrogen-4.1)

Simbol ^4.1 H (Hidrogen-4.1) telah digunakan untuk menggambarkan atom eksotik muonik helium (⁴He-μ), yang seperti helium-4 yang memiliki 2 proton dan 2 neutron.^[3] Namun salah satu elektronnya digantikan oleh muon, yang juga bermuatan –1. Karena jari-jari orbit muon kurang dari 1/200 jari-jari orbit elektron (karena rasio massa), muon dapat dianggap sebagai bagian dari nukleus. Atom kemudian memiliki inti dengan 2 proton, 2 neutron dan 1 muon, dengan muatan inti total +1 (dari 2 proton dan 1 muon) dan hanya satu elektron di luar, sehingga secara efektif merupakan isotop hidrogen daripada isotop helium. Berat muon kira-kira 0,1 Da sehingga massa isotopnya adalah 4,1. Karena hanya ada satu elektron di luar inti, atom hidrogen-4.1 dapat bereaksi dengan atom lain. Perilaku kimianya adalah atom hidrogen dan bukan atom helium yang merupakan gas mulia dan sulit bereaksi.^{[4][butuh sumber yang lebih baik]} Satu-satunya bagian radioaktif dari atom adalah muon. Oleh karena itu, atom meluruh dengan waktu paruh muon, 1,52 mikrodetik (1,52×10 ⁻⁶ detik).^{[butuh rujukan]}

Atom hadronik

Atom hadronik adalah atom yang salah satu atau lebih elektron orbitalnya digantikan oleh hadron bermuatan negatif.^[5] Hadron yang dapat digunakan diantaranya meson seperti pion atau kaon, dan akan menghasilkan atom pionik^[6] atau atom kaonik (seperti hidrogen kaonik), secara kolektif disebut atom mesonik; antiproton, menghasilkan atom antiprotonik; dan partikel subatomik Σ⁻ menghasilkan Σ⁻ atau atom sigmaonik.^[7][8][9]

Tidak seperti lepton, hadron dapat berinteraksi melalui gaya nuklir kuat, sehingga orbital atom hadron dipengaruhi oleh gaya nuklir antara nukleus dan hadron. Karena gaya kuat adalah interaksi jarak pendek, efek ini akan terlihat paling kuat jika orbital atom yang terlibat dekat dengan nukleus, ketika tingkat energi yang terlibat dapat meluas atau hilang karena penyerapan hadron oleh nukleus.^[8] Atom hadronik, seperti hidrogen pionik dan hidrogen kaonik, dapat memberikan hasil penyelidikan eksperimental dari teori interaksi kuat, kromodinamika kuantum.^[10]

Onium

Onium (jamak: onia) adalah kondisi keterikatan partikel dan antipartikelnya. Onium klasik adalah positronium, yang terdiri dari sebuah elektron dan positron yang terikat bersama sebagai kondisi metastabil, dengan masa hidup yang relatif panjang, yaitu 142 ns dalam bentuk triplet.^[11] Positronium telah dipelajari sejak tahun 1950-an untuk memahami kondisi keterikatan dalam teori medan kuantum. Perkembangan baru-baru ini yang disebut elektrodinamika kuantum non-relativistik (NRQED) menggunakan sistem ini sebagai tempat pembuktian.

Pionium, yang merupakan ikatan dari dua pion bermuatan berlawanan, berguna untuk menjelajahi gaya nuklir kuat. Hal ini juga berlaku untuk protonium, yang merupakan proton-antiproton dalam kondisi terikat. Memahami kondisi ikatan pionium dan protonium penting untuk mengklarifikasi gagasan yang berkaitan dengan hadron eksotis seperti molekul mesonik dan kondisi pentaquark. Kaonium, yang merupakan kondisi terikat dari dua kaon yang bermuatan berlawanan, belum diamati secara eksperimental.

Muonium, terlepas dari namanya, bukanlah onium yang mengandung muon dan antimuon, karena IUPAC menetapkan nama itu untuk sistem antimuon yang terikat dengan elektron. Namun, produksi muon-antimuon dalam kondisi terikat, yang merupakan onium (disebut muonium sejati), telah diteorikan.^[12]

Lihat juga

• Materi eksotis
• Antihidrogen
• Helium antiprotonik
• Hidrogen kaonik
• Muonium
• Neutronium
• Pionium
• Positronium
• Kromodinamika kuantum
• Elektrodinamika kuantum
• Kuarkonium

Referensi

1. §1.8, Constituents of Matter: Atoms, Molecules, Nuclei and Particles, Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, and Wilhelm Raith, Berlin: Walter de Gruyter, 1997, ISBN 3-11-013990-1.
2. Dr. Richard Feynman's Douglas Robb Memorial Lectures
3. Fleming, D. G.; Arseneau, D. J.; Sukhorukov, O.; Brewer, J. H.; Mielke, S. L.; Schatz, G. C.; Garrett, B. C.; Peterson, K. A.; Truhlar, D. G. (28 Jan 2011). "Kinetic Isotope Effects for the Reactions of Muonic Helium and Muonium with H₂". Science. 331 (6016): 448–450. Bibcode:2011Sci...331..448F. doi:10.1126/science.1199421. PMID 21273484. 
4. "The Muonic Helium Atom". Department of Chemistry. News & Events. The University of British Columbia. Diakses tanggal 11 February 2021. The chemical interactions of ⁴H and ⁴He-μ are then virtually identical. 
5. p. 3, Fundamentals in Hadronic Atom Theory, A. Deloff, River Edge, New Jersey: World Scientific, 2003. ISBN 981-238-371-9.
6. Hori, M.; Aghai-Khozani, H.; Sótér, A.; Dax, A.; Barna, D. (6 May 2020). "Laser spectroscopy of pionic helium atoms". Nature. 581 (7806): 37–41. Bibcode:2020Natur.581...37H. doi:10.1038/s41586-020-2240-x. PMID 32376962. 
7. p. 8, §16.4, §16.5, Deloff.
8. The strange world of the exotic atom, Roger Barrett, Daphne Jackson and Habatwa Mweene, New Scientist, August 4, 1990. accessdate=September 26, 2007.
9. p. 180, Quantum Mechanics, B. K. Agarwal and Hari Prakash, New Delhi: Prentice-Hall of India Private Ltd., 1997. ISBN 81-203-1007-1.
10. Exotic atoms cast light on fundamental questions, CERN Courier, November 1, 2006. accessdate=September 26, 2007.
11. Adkins, G. S.; Fell, R. N.; Sapirstein, J. (29 May 2000). "Order α² Corrections to the Decay Rate of Orthopositronium". Physical Review Letters. 84 (22): 5086–5089. arXiv:hep-ph/0003028 . Bibcode:2000PhRvL..84.5086A. doi:10.1103/PhysRevLett.84.5086. PMID 10990873. 
12. DOE/SLAC National Accelerator Laboratory (June 4, 2009). "Theorists Reveal Path To True Muonium – Never-seen Atom". ScienceDaily. Diakses tanggal June 7, 2009.