Quelltext der Seite Myonischer Wasserstoff

'''Myonischer Wasserstoff''' ist ein [[Exotische Atome|exotisches Atom]], in dem ein [[Myon]] an ein [[Proton]] gebunden ist. Da das Myon etwa 207-mal schwerer ist als das [[Elektron]], welches in normalem [[Wasserstoff]] an ein Proton gebunden ist, hat das Energiespektrum deutliche Abweichungen gegenüber dem [[Wasserstoffspektrum]]. Wegen der [[Lebensdauer (Physik)|mittleren Lebensdauer]] des Myons von etwa {{ZahlExp|2,2|−6|post=s}} ist auch die Lebensdauer myonischen Wasserstoffs auf die Größenordnung von einer Millionstelsekunde begrenzt.

Myonischer Wasserstoff darf nicht mit [[Myonium]] verwechselt werden, einem wasserstoffähnlichen System mit einem μ<sup>+</sup> anstelle eines Protons.

== Physikalische Eigenschaften ==
Durch die hohe Masse des Myons ist der Abstand zwischen diesem und dem Proton wesentlich geringer als bei normalem Wasserstoff.
In normalem Wasserstoff beträgt der [[Bohrscher Radius|bohrsche Radius]] (Radius des Grundzustands im [[Bohrsches Atommodell|bohrschen Atommodell]])
<!--- :<math>a_0 = \frac{4\pi\varepsilon_0\hbar^2}{m_{\mathrm{e} e^2}}\,.</math> -->
:<math>a_0 = \frac{\hbar}{\alpha m_\mathrm{e} c} = 53\cdot 10^{-12}\,\mathrm m</math>
und die [[Rydberg-Energie]] (Ionisationsenergie des Grundzustands)
:<math>R_\infty h c = \frac{\alpha^2}2 m_\mathrm e c^2 = 13{,}6\,\mathrm{eV}\,,</math>
wobei <math>\alpha</math> die [[Feinstrukturkonstante]] ist.
Aufgrund der höheren Masse des Myons ist der Radius des myonischen Wasserstoffs um den Faktor 186 reduziert<ref group="Anm" name="reduziert" />
:<math>a_0^{\mu\mathrm p}= 0{,}28\cdot 10^{-12}\,\mathrm m</math>
und die Rydberg-Energie entsprechend erhöht.

Die [[Compton-Wellenlänge]]
: <math>\lambda_{\mathrm{e},\mu}=\frac h {m_{\mathrm{e},\mu}c}</math>
des Elektrons bzw. des Myons ist die typische Längenskala für die [[Vakuumpolarisation]], folglich ist diese in myonischem Wasserstoff deutlich stärker ausgeprägt als in normalem Wasserstoff und der dominante Beitrag zur [[Lamb-Verschiebung]], der Energiedifferenz der [[Energieniveau]]s 2s<sub>1/2</sub> und 2p<sub>1/2</sub>.<ref name="Antognini" /> Anschaulich gesprochen hat das Myon im kugelsymmetrischen 2s-Niveau eine gewisse von Null verschiedene Aufenthaltswahrscheinlichkeit „im Innern des Protons“, in diesem Fall „sieht“ es dessen [[elektrische Ladung]] nicht – das Myon im 2p-Niveau hat dagegen beim Proton die Aufenthaltswahrscheinlichkeit Null. Da der Bohrsche Radius um den Faktor 186 kleiner ist, hat die 2s-Wellenfunktion des Myons einen um {{ZahlExp|7|6}} größeren Überlapp mit der Wellenfunktion des Protons.

== Messung des Protonradius ==

Durch den geringen Abstand zwischen Myon und Proton kann die Größe des Protons gemessen werden, da die endliche Größe die Energieniveaus beeinflusst. Messungen in den Jahren 2010 und 2013 lieferten für den rms-[[Ladungsradius]] einen Messwert, der um mehrere Standardabweichungen von dem Wert abwich, den man bei Streuexperimenten an [[Wasserstoff|elektronischem Wasserstoff]] erhalten hatte.<ref name="Pohl2014" /> Nach weiteren Messungen konnte die [[Particle Data Group]] jedoch 2022 feststellen, dass diese Diskrepanz geklärt sei („the puzzle appears to be resolved“) – ''siehe [[Proton#Räumliche_Ausdehnung|Proton → Räumliche Ausdehnung]].''

== Anmerkungen ==
<references group="Anm">
<ref group="Anm" name="reduziert">
Da das Myon immerhin {{Bruch|9}} der Masse des Protons hat, kann man das Proton nicht mehr als im Zentrum ruhend betrachten. Zur Korrektur muss man die [[reduzierte Masse]] <math display="inline">\frac{m_\mu\cdot m_\mathrm p}{ m_\mu+m_\mathrm p}</math> des Myons verwenden. Diese ist das 186-fache der reduzierten Elektronenmasse.
</ref>
</references>

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="Pohl2014">
{{Literatur
 |Autor=Randolf Pohl, Jan C. Bernauer
 |Titel=Das Proton-Paradoxon
 |Sammelwerk=Spektrum der Wissenschaft
 |Band=April
 |Datum=2014
 |Seiten=48–55}}
</ref>
<ref name="Antognini">
[https://arxiv.org/abs/1512.01765] Aldo Antognini, Muonic atoms and the nuclear structure, COLS 2015, Singapore.
</ref>
</references>

[[Kategorie:Atomphysik]]