mesico, atomo
In fisica, atomo instabile, in cui uno degli elettroni periferici sia stato sostituito da un muone (denominato in passato mesone μ) o da un pione (mesone π) negativo. Quando un muone negativo μ− attraversando un materiale si ferma a causa delle perdite di energia per ionizzazione, esso è catturato dal campo coulombiano di un nucleo, descrive un’orbita chiusa intorno al nucleo stesso e forma in tal modo un atomo mesico. Emettendo fotoni (raggi X mesici) il muone si porta sull’orbita fondamentale, il cui raggio è molto più piccolo di quello della corrispondente orbita elettronica; se infatti a0=0,53∙10−10 m è il raggio di Bohr (ossia il raggio dell’orbita fondamentale dell’elettrone dell’atomo di idrogeno), il raggio a dell’orbita fondamentale del muone, in metri, sarà a=a0/(Z mμ/me)=(0,25·10−12/Z), dove Z è il numero atomico (numero di protoni contenuti nel nucleo) e mμ e me sono rispettivamente la massa del muone e dell’elettrone. Il tempo richiesto per la cattura è dell’ordine di 10−13 s, per cui è trascurabile la probabilità che il muone decada in questo intervallo (la sua vita media è τ0=2,2·10−6 s). Dopo la cattura, il muone può decadere (μ−→e−+νe +νμ) oppure interagire con i protoni del nucleo (secondo la reazione debole μ−+p→νμ+n). La probabilità relativa di questi due processi dipende dal nucleo che ha catturato il muone, perché la probabilità di interazione cresce rapidamente con Z (per grandi Z il raggio a è minore, di modo che in media il muone si trova più vicino al nucleo, e inoltre il nucleo contiene un maggior numero di protoni con i quali il muone può interagire). Un analogo fenomeno di cattura ha luogo per i mesoni π−, sempre con la formazione di atomi m.; in questi però l’interazione forte con il nucleo ha il sopravvento sul decadimento anche ai bassi Z. I mesoni con carica elettrica positiva giunti a fine percorso, non essendo catturati dai nuclei, decadono liberamente per qualunque valore di Z.