Myonium

Myonium (englisch muonium) ist ein exotisches Atom aus einem Anti-Myon und einem Elektron. Das Anti-Myon, ein Myon mit einer positiven Elementarladung, hat eine Lebensdauer von etwa 2 µs und ist der Stellvertreter des Protons im Vergleich zu einem normalen Wasserstoffatom.^[1]. Dieses exotische Atom ist eines der fundamentalsten Systeme der Atomphysik. Das Myonium-Atom verhält sich chemisch wie Wasserstoff und stellt damit ein um den Faktor 36 leichteres Wasserstoffisotop dar. Es wurde 1960 von Vernon Hughes und Mitarbeitern entdeckt.

Präzise spektroskopische Messungen an dem Atom haben zu sehr präzisen Werten für fundamentale Naturkonstanten wie der Masse des Myons, des magnetischen Momentes des Myons und der Kopplungskonstante der elektromagnetischen Wechselwirkung, der Sommerfeldschen Feinstrukturkonstanten, geführt. Die Genauigkeit der theoretischen Beschreibung von Myonium übersteigt bei weitem diejenige, die für gewöhnlichen Wasserstoff möglich ist, da das atomare System allein aus Leptonen besteht, die man als punktförmig betrachten darf. Messungen am Myoniumatom sind daher bezüglich der Aussagekraft über fundamentale Kräfte in der Physik solchen an natürlichem Wasserstoff weit überlegen, obwohl jene teilweise mit höherer technischer Genauigkeit möglich sind.^[2]

Weiterhin wurde das Atom eingesetzt zu einem präzisen Test der Erhaltung der geladenen Leptonenzahl - einem der großen ungelösten Rätsel der modernen Physik. Dabei wurde am schweizerischen Paul Scherrer Institut (PSI) nach spontanen Übergängen von dem Atom Myonium in sein Anti-Atom Antimyonium^[3] gesucht. Mit diesem Experiment konnte eine Vielzahl spekulativer Theorien jenseits des Standardmodells ausgeschlossen werden. Außerdem wurde mit dem Atom ein äußerst präziser Test der CPT-Symmetrie und der Lorentzinvarianz durchgeführt.^[4]

Das Myonium-Atom wird auch in der Untersuchung kondensierter Materie eingesetzt. Hier wird es oft als leichtes Wasserstoffisotop angesehen, mit dem sich u.a. Diffusionseigenschaften von Wasserstoff in Materialien und magnetische Eigenschaften von Materialien untersuchen lassen.^[5] Auch die Dynamik chemischer Prozesse kann damit studiert werden.

Das Myonium-Atom unterscheidet sich grundsätzlich von myonischen Atomen, bei denen ein Elektron durch ein negatives Myon ersetzt wird.^[6]

Fußnoten

1. ↑ Past, Present and Future of Muonium, Authors: Klaus P. Jungmann, (Submitted on 8 Apr 2004)
2. ↑ Hydrogen – High Precision Measurements for fundamental Physics
3. ↑ Muonium Antimuonium Conversion Experiment
4. ↑ Test of CPT and Lorentz Invariance from Muonium Spectroscopy, V.W. Hughes, M. Grosse Perdekamp†, D. Kawall and W. Liu, Yale University, Department of Physics, New Haven, CT 06520-8121, USA, K. Jungmann and G. zu Putlitz, Universität Heidelberg, Physikalisches Institut, D-69120 Heidelberg, Germany
5. ↑ Bulk-µSR Facility, Laboratory for Muon Spin Spectroscopy, Paul Scherrer Institut
6. ↑ Myonische Atome, Exotische Atome nach R. Gross TUM, Physik-Web für die Kollegstufe K12 und K13, Leifi – gemeinsam ohne kommerzielle Nutzung erstellten Unterrichtsmittel von Ernst Leitner, Uli Finckh und Frank Fritsche