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Exotisches Atom

Als exotische Atome werden atomähnliche Bindungszustände bezeichnet, bei denen wenigstens eines der beteiligten Teilchen keines der Teilchen ist, aus denen Atome gewöhnlich aufgebaut sind: Protonen, Neutronen und Elektronen.

Die wichtigsten exotischen Atome sind

  1. Myonische Atome, in denen ein Hüllen-Elektron durch ein Myon ersetzt ist. Aufgrund der hohen Masse des Myons befindet es sich sehr nahe am Atomkern, Spektroskopie von myonischen Atomen ermöglicht daher Untersuchungen der Kernstruktur.
  2. Positronium, bestehend aus einem Elektron und einem Positron.
  3. Myonium besteht aus einem positiven Myon und einem Elektron. Positronium und Myonium bestehen aus punkt-förmigen Leptonen und eignen sich daher besonders zur hochgenauen Untersuchung der elektromagnetischen Wechselwirkung und Messung von fundamentalen Naturkonstanten.
  4. Mesonischer Wasserstoff, ein Bindungszustand aus Proton und negativem Meson, z. B. Pion oder Kaon. Da Mesonen der starken Wechselwirkung unterliegen, lassen sich mit diesen exotischen Atomen besonders Parameter dieser Kraft messen.
  5. Antiwasserstoff, bestehend aus einem Antiproton und einem Positron.

Die Untersuchung von Anti-Wasserstoff-Atomen am europäischen Forschungszentrum CERN soll einen präzisen Test der Symmetrie von Materie und Antimaterie vorbereiten. Geplant sind solche Experimente mit höherer Genauigkeit an der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt. Es wird allerdings erwartet, dass diese Experimente nicht an die derzeit besten bereits bekannten Ergebnisse im Bereich von Tests der sogenannten CPT-Symmetrie heranragen werden.

Myonische Atome, Myonium und Positronium kommen in der Natur als Folgeprodukte der Höhenstrahlung in sehr geringen Mengen vor, ebenso wie pionische oder kaonische Atome, die jedoch viel kürzer leben. Antiprotonen und Antiwasserstoff können auf der Erde in signifikanter Zahl vor allem an Teilchenbeschleunigern erzeugt werden, wenn deren Strahlenergie für z. B. Protonen über der Schwellenenergie bei dem Prozess liegt.