Myonium

Myonium (engl. muonium) ist ein Atom aus einem positiven Myon und einem Elektron [1]. Dieses Atom ist eines der fundamentalsten Systeme der Atomphysik. Da positive Myonen Antiteilchen sind, kann dieses Atom (zumindest massenweise) als ein exotisches Antiwasserstoff-Isotop beschaut werden. Es wurde 1960 von Vernon W. Hughes und Mitarbeitern entdeckt. Damit ist exotischer Antiwasserstoff schon vierzig Jahre vor Antiwasserstoff erstmals kontrolliert erzeugt worden.

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Präzise spektroskopische Messungen an dem Atom haben zu sehr präzisen Werten für fundamentale Naturkonstanten geführt, z.B. der Myonmasse, des magnetischen Momentes des Myons und der Kopplungskonstante der elektromagnetischen Wechselwirkung, der Sommerfeldschen Feinstrukturkonstanten [2]. 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 bei weitem solchen an natürlichem Wasserstoff überlegen, obwohl jene teilweise mit höherer technischer Genauigkeit möglich sind [3].

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 [4] 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 [5] durchgeführt.

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 [6]. 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 [7].