Átomo exótico

Un átomo exótico es el análogo a un átomo normal en donde una o más de sus partículas, tanto las cargadas negativamente (electrones) como positivamente (protones) son sustituidas por otras partículas elementales diferentes. La sustitución puede ser de los electrones, los protones o ambos. Ya que los nuevos sistemas formados son altamente inestables, los átomos exóticos tienden a tener vidas medias extremadamente cortas.

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Átomos muónicos

En un átomo muónico, un electrón es reemplazado por un muón (perteneciente a la familia de los leptones, la misma que los electrones). Ya que el muón sólo es sensible a la fuerza débil, electromagnética (y gravitatoria), los átomos muónicos se rigen por la interacción electromagnética. No hay complicaciones debidas a la fuerza fuerte que se da entre los leptones y el núcleo.

Debido a la mayor masa de un muón con respecto a un electrón, las órbitas de Bohr de estos átomos son menores, y las correcciones debidas a la electrodinámica cuántica son más importantes que en los átomos normales. El estudio de los niveles energéticos y los índices de transición desde estados excitados hacia el nivel fundamental en los átomos muónicos aportan más datos a la electrodinámica cuántica.

Átomos mesónicos

Un átomo mesónico es aquel en el que el núcleo permanece inalterado, mientras uno o más de los electrones de su capa externa son sustituidos por un mesón (el cual no es un leptón, como los electrones o los muones). Los mesones pueden interaccionar vía la fuerza fuerte, así que los niveles energéticos de estos átomos están influidos por la fuerza fuerte que ocurre entre el núcleo y el mesón.

En un átomo mesónico, la fuerza fuerte tiene efectos comparables a las interacciones electromagéticas, ya que los orbitales atómicos están lo suficientemente cercanos al núcleo como para que se deje sentir ésta interacción. Esto provoca que la vida media de estos átomos disminuya hasta donde las transiciones entre los diferentes niveles atómicos no son observables. Así, el hidrógeno piónico y el hidrógeno kaónico dan cuenta de interesantes pruebas experimentales acerca de la teoría de las interacciones fuertes, la cromodinámica cuántica.

Onio

Un onio es el estado donde están unidas una partícula con su antipartícula. El onio paradigmático es el positronio, donde un electrón y un positrón conviven en un estado metastable de vida larga. En los años 1950 se hicieron estudios sobre el positronio con la esperanza de que dieran luz sobre los estados unidos en la teoría del campo cuántico. Aún se usan con este propósito; un desarrollo reciente llamado electrodinámica cuántica no relativista usa este sistema como base de pruebas. Un átomo muónico de muonio sería también un onio, que contaría con un muón y un antimuón.

El pionio, el sistema formado por dos piones de cargas opuestas, es interesante desde el punto de vista de la exploración de la interacción fuerte. También sería el caso del protonio si pudiera producirse. De todas formas, los verdaderos análogos al positronio en la teoría de las interacciones fuertes son los estados formados por quarkonio, concretamente por quarks pesados como el abajo o el encanto (los quarks arriba son tan pesados que se desintegran vía la fuerza débil antes de que puedan unirse).

El entender sistemas unidos de hadrones como el pionio y el protonio es importante para aclarar nociones relacionadas con hadrones exóticos, como moléculas mesónicas y estados pentaquark.

Átomos hipernucleares

Los átomos pueden estar formados por electrones orbitando un hipernúcleo, el cual puede contener partículas extrañas llamadas hiperones. Éstos átomos hipernucleares se estudian principalmente para observar su comportamiento nuclear, ya más en los dominios de la física nuclear que de la física atómica.

Átomos de cuasipartículas

En sistemas de materia condensada, específicamente en algunos semiconductores, existen estados llamados excitones, los cuales son estados donde un electrón se une a un hueco electrónico.

Objetos extendidos

Aunque una estrella de neutrones podría ser considerada como un átomo exótico, ya que el cuerpo estelar es un inmenso núcleo atómico que debe tener una atmósfera electrónica de carga opuesta, es más útil considerar a estos objetos como estrellas. De forma parecida, las estrellas formadas de otros tipos de materia de quarks son más útiles como estrellas que como átomos exóticos.

Véase también

• Positronio, muonio y electrodinámica cuántica
• Quarkonio y cromodinámica cuántica