將高能加速器中產生的高速運動粒子減速到被俘獲或被大截面俘獲的狀態,使帶負電的粒子被原子核俘獲,而不是被原子中的電子俘獲(如& amp;微觀;亞原子),或者帶正電的粒子俘獲電子(比如μe原子)形成奇異原子;利用重粒子的衰變直接產生奇異原子[如KL
奇異原子的性質與組成它們的粒子的性質密切相關,因此它們是原子物理和高能物理的研究對象。奇異原子形成時,負粒子被囚禁在高激發態軌道上,在隨後的躍遷過程中發射出壹系列X射線。微觀;亞原子原子釋放的x射線被稱為& amp;微觀;x光。研究這些奇怪的原子主要靠測量這些X射線。奇怪的原子可以作為研究許多基本問題的“實驗室”。可用於檢驗除狄拉克方程外的其他方程;研究庫侖力和靜電力的偏差,原子核的尺寸效應等。用μe原子作為輕子原子驗證電弱統壹理論:利用奇異原子的形成和衰變以及原子能級間的運動和躍遷,測量產生這些奇異原子的粒子的基本量和性質。利用原子能級躍遷值精確確定μ介子、k介子、π介子、超子等粒子的質量。
有些奇怪的原子是由負粒子&組成的;微觀;質量和結合能比電子大兩三個數量級,自旋也不同。與普通原子相比,奇異原子具有以下特點:
量子數相同時,軌道半徑與軌道中粒子的質量成反比,奇異原子的半徑會比普通原子小兩三個數量級;軌道能級與軌道上粒子的質量成正比,能級躍遷時的能量比電子躍遷時高幾百倍到幾千倍。它有許多不同的自旋角動量;基態是不穩定的,奇怪的原子會因為壽命很短的不穩定粒子的衰變,或者是因為它們的“電子”和“原子核”碰撞而衰變。
20世紀60年代初,人們發現物質的化學性質影響奇異原子釋放的介子X射線譜的結構,還發現了壹系列金屬氧化物陷阱。微觀;概率比(=/8)隨金屬的原子序數呈周期性變化,其最小值出現在元素周期表的開頭,由此推斷化學鍵的類型對奇異原子的形成和衰變有壹定的影響。到60年代中期,通過實驗證實了奇異原子的形成幾率和衰變方式與化學環境密切相關,從而發展了奇異原子化學的新研究領域。
奇異原子化學是粒子物理和核化學的交叉學科。本研究主要有兩個方面。首先,我們找出壹種物質的化學結構影響奇異原子形成和衰變的規律。第二,我們通過觀察奇異原子的形成和衰變,獲得了關於化學結構和化學反應動力學的新數據,為我們研究分子的電子結構和材料化學的性質提供了新的途徑。
電子偶極和& amp;微觀;子元素都是類氫原子。微觀;質量是E的207倍,所以& amp;微觀;質子更像氫原子,它們的壽命都很短,因此可以用作氫示蹤劑。π被氫原子浮起後,與氫核π+p→n+π發生特征電荷交換反應,π隨後釋放出兩個光子,證明材料中氫等元素的幹擾極小。氫的化學狀態強烈影響π介子原子的形成。在奇特的原子化學中有重大實用價值的壹個課題是&;微觀;用π介子研究了含氫物質的化學性質和氫鍵特性。