Muonio (fisica)
Il muonio è un atomo esotico leptonico, cioè uno stato legato[1] composto da un antimuone (muone positivo), che adempie la funzione di nucleo, e un elettrone.[2] Venne scoperto nel 1960 Vernon W. Hughes;[3] ad esso è stato attribuito il simbolo chimico Mu, ma è anche rappresentato con i simboli delle particelle costituenti: μ+e−. La vita media di quest’atomo esotico è condizionata da quella del muone, il quale è soggetto a decadere, quasi esclusivamente, in un positrone, un neutrino elettronico e un antineutrino muonico:
μ+ → e+ + anti-νμ + νe
Nel decadimento del muonio si libera anche il suo elettrone, che si aggiunge alle altre particelle prodotte dal muone.[4] Questo processo si verifica a causa dell'interazione debole[5] e comporta una vita media di 2,2 μs; questa è anche la vita media del muonio, che non può sussistere dopo il decadimento del muone; la vita media misurata del muonio è di ≈2,2 μs, salvo piccolissime ma importanti variazioni dovute alla reciproca interazione delle due particelle nello stato legato (μ+e−) e che sono oggetto di indagini.[1][6]
Il muonio, in quanto indagabile con la sola QED, viene anche considerato un modello per lo studio della fisica particellare ed anche della fisica oltre il Modello standard;[7] in particolare, sono in corso ricerche sul suo possibile decadimento in un neutrino elettronico e un neutrino muonico: (μ+e−) → νμ + νe.[8][9]
L'atomo esotico formato da una coppia muone e antimuone è noto tra i fisici come "vero muonio".[10][11]
Proprietà «atomiche»[modifica | modifica wikitesto]
Il muonio, considerato come atomo, sarebbe un atomo monoelettronico come l'idrogeno, con un nucleo che al posto del protone (un barione, particella composita) ha un muone (un leptone, particella elementare) e avente una massa complessiva di circa un nono rispetto a H.[12] La natura leptonica di questo atomo esotico permette di calcolare dall'elettrodinamica quantistica (QED) i suoi livelli energetici con grande precisione, diversamente dal caso dell'atomo di idrogeno, dove la precisione è limitata dall'incertezza sulla struttura interna del protone.[13] Inoltre, dato che la massa ridotta μ del sistema muone - elettrone è quasi uguale a quella del sistema protone - elettrone (μ ≈ me), i parametri energetici del muonio sono quasi uguali a quelli di un atomo diidrogeno e differiscono nettamente da quelli del positronio (μ ≈ ½ me). Infatti, il suo raggio di Bohr e la sua energia di ionizzazione differiscono da quelli dell'idrogeno (o del deuterio o del trizio) per meno dello 0,5%.[14]
In quanto "atomo" soggetto a decadimento e con livelli energetici quasi uguali a quelli dell'idrogeno, qualcuno considera il muonio una specie di secondo radioisotopo dell'idrogeno, dopo il trizio.[15]
Nella pur breve scala temporale della sua esistenza il muonio può partecipare a reazioni chimiche e formare composti, come il cloruro di muonio (MuCl), analogo ad HCl, e il muoniuro di sodio (NaMu), analogo a NaH.[16]
Applicazioni spettroscopiche[modifica | modifica wikitesto]
Il muonio viene anche usato in una variante della spettroscopia di risonanza dello spin elettronico (ESR) per l'analisi delle trasformazioni chimiche e delle strutture dei composti con proprietà elettroniche potenzialmente valutabili (questa forma di risonanza dello spin elettronico è chiamata risonanza dello spin muonico o μSR). Ci sono altre forme di "risonanza dello spin muonico", per esempio la muon spin rotation, che opera con l'introduzione di un campo magnetico trasversalmente al raggio di muoni, e l'Avoided Level Crossing (ALC), chiamato anche Level Crossing Resonance (LCR).
Note[modifica | modifica wikitesto]
- ^ a b William J. Marciano, MUONIUM LIFETIME AND HEAVY QUARK DECAYS* (LESSONS LEARNED FROM MUONIUM), in http://arxiv.org/abs/hep-ph/0403071v1, 2018.
- ^ (EN) Vernon W. Hughes, Muonium, Springer Berlin Heidelberg, 1992, pp. 35–43, DOI:10.1007/978-3-642-77960-2_8, ISBN 978-3-642-77962-6. URL consultato il 29 settembre 2022.
- ^ V. W. Hughes, D. W. McColm e K. Ziock, Formation of Muonium and Observation of its Larmor Precession, in Physical Review Letters, vol. 5, n. 2, 15 luglio 1960, pp. 63–65, DOI:10.1103/PhysRevLett.5.63. URL consultato il 29 settembre 2022.
- ^ Alexey A. Petrov, Decays and Oscillations of Muonium (PDF), su indico.fnal.gov.
- ^ Il decadimento del muonio non può avvenire a causa dell'interazione elettromagnetica, come accade per il positronio, perché muone ed elettrone appartengono a due diverse generazioni di leptoni.
- ^ Andrzej Czarnecki, G. Peter Lepage e William J. Marciano, Muonium decay, in Physical Review D, vol. 61, n. 7, 17 febbraio 2000, pp. 073001, DOI:10.1103/PhysRevD.61.073001. URL consultato il 13 maggio 2024.
- ^ (EN) Miriam Arrell, Paul Scherrer Institute, Studying muonium to reveal new physics beyond the Standard Model, su phys.org. URL consultato il 13 maggio 2024.
- ^ An Experiment to Search for the Muonium Decay µ+e- -> νµνe (PDF), Gennaio 2014.
- ^ S. N. Gninenko, N. V. Krasnikov e V. A. Matveev, Invisible decay of muonium: Tests of the standard model and searches for new physics, in Physical Review D, vol. 87, n. 1, 11 gennaio 2013, pp. 015016, DOI:10.1103/PhysRevD.87.015016. URL consultato il 13 maggio 2024.
- ^ Sarah K. Phillips, Searching for a New State of Matter: True Muonium (PDF), su jlab.org.
- ^ Andrzej Banburski e Philip Schuster, Production and discovery of true muonium in fixed-target experiments, in Physical Review D, vol. 86, n. 9, 6 novembre 2012, pp. 093007, DOI:10.1103/PhysRevD.86.093007. URL consultato il 13 maggio 2024.
- ^ Takeaki Iwamoto e Shintaro Ishida, Stable Silylenes and Their Transition Metal Complexes, Elsevier, 2017, pp. 361–532, DOI:10.1016/b978-0-12-801981-8.00008-3, ISBN 978-0-12-801981-8. URL consultato il 14 maggio 2024.
- ^ (EN) Klaus P. Jungmann, PAST, PRESENT AND FUTURE OF MUONIUM, WORLD SCIENTIFIC, 2004-12, pp. 134–153, DOI:10.1142/9789812702425_0009. URL consultato il 13 maggio 2024.
- ^ David C. Walker, Muon and muonium chemistry, Cambridge University Press, 1983, ISBN 0-521-24241-X, OCLC 9132059. URL consultato il 29 settembre 2022.
- ^ (EN) C.J. Rhodes, Perkin Transactions 2, 2002.
- ^ (EN) W. H. Koppenol, Names for muonium and hydrogen atoms and their ions(IUPAC Recommendations 2001), in Pure and Applied Chemistry, vol. 73, n. 2, 1º gennaio 2001, pp. 377–379, DOI:10.1351/pac200173020377. URL consultato il 29 settembre 2022.
Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]
Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]
- (EN) muonium, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
| Controllo di autorità | LCCN (EN) sh85088520 · GND (DE) 4170954-8 · J9U (EN, HE) 987007550956705171 |
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