[科普中国]-奇特原子

奇异原子通常是指与一般原子构成不同的原子，普通的原子是由电子e、质子p和中子n这三种长寿的粒子构成，但奇异原子却是以其他的粒子代替这三种稳定粒子中的一个或多个，通过电磁相互作用构成。

产生原理μ－子取代电子形成的μ－奇特原子是最早发现的奇特原子，也称μ子原子。中国物理学家张文裕最早发现μ－奇特原子的特征光子。一般使用俘获法或重粒子衰变法产生奇特原子：①把高能碰撞中产生的高速运动的介子或超子慢化到俘获或被俘获截面很大的状态，使得带负电的粒子取代原子中的电子（如μ子原子），或带正电的粒子俘获电子（如μe原子）形成奇特原子；②用重粒子衰变直接产生奇特原子，如KL0→(πμ)+v0衰变。1

类氢原子由一个正粒子代替质子与电子组成的奇特原子称类氢原子。如(e+e－)称为正电子素，(μ+e－)称为μ子素，它们都是类氢原子。μ+质量是e+的207倍，所以μ子素更像氢原子（见表）。

正电子素、μ子素与氢原子的比较

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它们都具有特别短的寿命，可作为氢的示踪剂。

研究用途奇特原子可作为许多基本问题研究的“实验室”，如检验狄拉克方程、静电力与库仑定律的偏离、原子核大小的效应。利用（μe）原子这种纯轻子原子验证电弱统一理论；利用奇特原子的形成和衰变以及能级的分裂和移动，测量生成奇特原子的粒子的基本量和基本性质；利用其能级分裂值精确测定μ介子、π介子、K介子、超子等的质量等。1

特点奇特原子若是由介子或超子等粒子组成，这些粒子有不同的自旋，质量比电子的大两三个量级。与普通原子相比奇特原子有以下三个特点：

①折合质量、结合能大两三个量级，线度小两三个量级，能级间跃迁快两三个量级；

②有多种不同的自旋角动量；

③基态不稳定，奇特原子或者因其“核”同“电子”碰到一起衰减成别的粒子而解体；或者因其中的介子或超子中寿命较短的一个自行衰变成别的粒子而解体。1

种类著名的奇异原子电子偶素（由正子和电子构成）

双电子偶素（由两个电子偶素构成的分子）

氢化电子偶素（由氢原子和电子偶素构成的分子）

缈子偶素（由反缈子和电子构成）

K介子原子（由K介子和质子构成）

反氢（由正电子和反质子构成）

奇异原子列表轻子束缚态

单态电子偶素（para-Positronium）（p-Ps）

三态电子偶素（ortho-Positronium）（o-Ps）

电子偶素（Positronium）或称正子素，化学符号是Ps

氢化电子偶素（Positronium hydride），化学式为PsH

双电子偶素（Di-positronium），化学式为Ps2

缈子偶素（Muonium）或称μ子素，化学符号是Mu，电子绕正μ子旋转

反缈子偶素（Antimuonium）或反μ子素，正电子绕负μ子旋转

真缈子偶素（true Muonium）正反μ子束缚态

陶子偶素（Tauonium）或称τ子素，电子绕正τ子旋转

反陶子偶素（Antitauonium）或反τ子素，正电子绕负τ子旋转

真陶子偶素（true Tauonium）正反τ子束缚态

轻子原子

μ氢原子（hydrogen muon atom）μ子与氢原子核（质子）构成的原子

氢-4.1（super-heavy hydrogen）或称μ氦核原子（The neutral muonic helium atom）氦-4原子的一个电子由缈子取代，缈子比较重，所以原子核由1个缈子、2个质子和2个中子组成、外侧只有一个电子，因此可以视为一种氢的同位素，1个缈子重约0.113原子质量单位，故名氢-4.1(H)，这种原子可与其他元素反应，其行为更像一个氢原子而不是像氦原子

μ原子（mu atom）μ子绕原子核旋转

τ原子（tau atom）τ子绕原子核旋转

双强子原子

Σ原子 负Σ超子绕原子核旋转

Ξ原子

Ω原子

反质子氢（Antiprotonic hydrogen）

反质子氦（Antiprotonic helium）

质子偶素（protonium）

反质子原子（antiprotonic atom）反质子（带负电荷的质子）绕原子核旋转

超子原子（Hyperon atom）

π介子偶素（Pionium）ππ原子（记为A2π）

K介子偶素（Kaonium）KK原子

πK原子

πK原子

介子偶素（mesonium）

K氢原子或称K介子原子（Kaonic hydrogen）

K氘原子 一个K介子和两个质子组成

π原子 负π介子绕原子核旋转

K原子 负K介子绕原子核旋转

介子原子（mesonic atom）

双介子原子（dimeson atom）

重子原子（baryonic atom）

核束缚态

Λ超核

双Λ超核

Σ超核

Ξ超核

Ω超核

多奇异数超核

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）

反物质（Antimatter）

反氢（antihydrogen）H

反氘（D）

反氚（T）

反氦（He）

反氦4（He）（目前发现最重反物质）

反Λ超氚（antihypertriton）

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所