El muonio ( / ˈm juː oʊ n i ə m / ) es un átomo exótico formado por un antimuón y un electrón , [1] que fue descubierto en 1960 por Vernon W. Hughes [ 2] y recibe el símbolo químico Mu. Durante la vida del muónCon una vida útil de 2,2 µs , el muonio puede sufrir reacciones químicas. [3] Debido a que, al igual que un protón, la masa del antimuón es mucho mayor que la del electrón, el muonio (
micras+
mi−
) es más similar al hidrógeno atómico (
pag+
mi−
) que el positronio (
mi+
mi−
). Su radio de Bohr y energía de ionización están dentro del 0,5% de los del hidrógeno , deuterio y tritio , y por lo tanto puede considerarse útil como un isótopo ligero exótico del hidrógeno. [4]
Aunque el muonio tiene una vida corta, los químicos físicos lo estudian utilizando espectroscopia de espín de muón (μSR), [5] una técnica de resonancia magnética análoga a la resonancia magnética nuclear (RMN) o la espectroscopia de resonancia de espín electrónico (ESR) . Al igual que la ESR, la μSR es útil para el análisis de transformaciones químicas y la estructura de compuestos con propiedades electrónicas novedosas o potencialmente valiosas. El muonio generalmente se estudia mediante rotación de espín de muón , en la que el espín del átomo de Mu precesa en un campo magnético aplicado transversalmente a la dirección de espín del muón (ya que los muones se producen típicamente en un estado polarizado de espín a partir de la desintegración de piones ), y mediante cruce de nivel evitado (ALC), que también se denomina resonancia de cruce de nivel (LCR). [5] Este último emplea un campo magnético aplicado longitudinalmente a la dirección de polarización y monitorea la relajación de los espines de muón causada por transiciones de "flip/flop" con otros núcleos magnéticos.
Debido a que el muón es un leptón , los niveles de energía atómica del muonio pueden calcularse con gran precisión a partir de la electrodinámica cuántica (EDQ), a diferencia del caso del hidrógeno, donde la precisión está limitada por incertidumbres relacionadas con la estructura interna del protón . Por esta razón, el muonio es un sistema ideal para estudiar la EQQ de estado ligado y también para buscar física más allá del Modelo Estándar . [6] [7]
Normalmente, en la nomenclatura de la física de partículas, un átomo compuesto por una partícula con carga positiva unida a un electrón recibe el nombre de la partícula positiva, reemplazando "-ium" por el sufijo "-on", en este caso "muium". Reemplazar "-on" por (o añadir de otro modo) "-onium " se utiliza principalmente para los estados ligados de una partícula con su propia antipartícula. El átomo exótico que consiste en un muón y un antimuón (que aún no se ha observado) se conoce como muonio verdadero . [ cita requerida ]