ミューオニウム

ミューオニウムまたはミュオニウム（ , ）は、正の電荷を持つ反ミューオン () と電子 () の束縛状態（水素原子中の陽子を反ミューオンで置き換えたものに相当）。エキゾチック原子の１つで、元素記号Muである。1960年にVernon W.Hughesによって発見された。反ミューオンの半減期は約2μ秒で、その間軽い原子核の役割を果たすことができる 。

概要 ミューオニウムはポジトロニウム同様、電子と反粒子からなるが、反ミュー粒子の質量は電子より大変大きいのでミューオニウムはポジトロニウム () より水素原子 () に似ている。ミューオニウムのボーア半径とイオン化エネルギーは、プロチウム（軽水素）、重水素、トリチウムの0.5％以内である為、水素の同位体と見做す研究もある。

特徴 ミューオニウムは短寿命であるものの、物理化学者は核磁気共鳴 (NMR)や 電子スピン共鳴 (ESR) 分光法と類似の磁気共鳴技術であるミュオンスピン回転 (μSR)を使って研究している。ESRと同様に、μSRは新奇あるいは潜在的価値のある電子物性を持つ化合物の化学変化および構造を分析するのに有用である。ミューオニウムは通常、ミュオンスピン回転（ミューオンは一般にパイ中間子の崩壊からスピン偏極した状態で作られるため、ミューオンのスピン方向と垂直な磁場でミューオニウム原子のスピンが偏極する）、および準位交差共鳴 (LCR)とも呼ばれる擬準位交差 (ALC)によって研究される。後者は偏極方向と平行な磁場を使い、他の磁性核との「フリップ/フロップ」遷移によって引き起こされるミューオンスピンの緩和を監視する。

ミューオンはレプトンなので、陽子の内部構造に関する不確実性によって精度が制限される水素の場合とは違って、ミューオニウムの原子エネルギー準位は、量子電磁力学 (QED)から高精度に計算できる。このため、ミューオニウムは束縛状態QEDの研究や標準模型を超える物理の探索にも理想的な系である。

命名法 類似の状態として電子と陽電子の束縛状態であるポジトロニウム Ps () が知られ、ミュオニウムの名称はこれに倣ってつけられたが、××ニウム（オニウム）という呼称は同種の粒子と反粒子からなる束縛状態につけられるべきもの（例えばよりなるパイオニウムPionium、陽子・反陽子よりなるプロトニウムProtoniumなど）で、ミュオニウムも本来なら正負ミュオンの束縛状態 () （ミューオニックミューオニウム、ミューオノニウム、「真のミューオニウム (true muonium)」）を表す呼称のはずであったが、歴史的にミュオンと電子の束縛状態がこのように呼び習わされ、IUPACでもこのように命名されている（水素原子の別称が陽子ProtonからプロチウムProtiumであるように、本来ならミュイウムMuiumとすべきものである）。

脚注

関連項目 ミュー粒子 異種原子 ミュオニック原子 ミュオンスピン回転