뮤오늄
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1. 개요
뮤오늄은 양전하를 띤 입자와 전자가 결합하여 생성된 원자를 지칭하는 용어로, 뮤온에 접미사 "-ium"을 붙여 명명된다. 뮤온 빔을 금속 이외의 물질에 주입했을 때 높은 확률로 생성되며, 물질 내 뮤온의 행동 연구에 활용된다. 뮤오늄은 외부 자기장에 대한 반응을 통해 식별 가능하며, 초미세 구조는 수소 원자와 유사하다. 뮤오늄 화합물로는 이뮤오늄, 뮤오늄산 등이 있으며, 한국에서는 포항 가속기 연구소 등에서 고체 내 수소 원자 거동 및 반도체 결함 연구 등에 활용된다.
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| 뮤오늄 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
| 이름 | 뮤오늄 |
| 기호 | Mu |
| 구성 | 반뮤온(μ⁺)과 전자(e⁻) |
| 질량 | 전자 질량의 약 200배 |
| 수명 | 2.2 µs |
| 로마자 표기 | myuoniyum |
| 특성 | |
| 유사성 | 수소 원자와 유사한 성질을 가짐 |
| 스펙트럼 | 수소 원자와 유사한 스펙트럼 가짐 |
| 크기 | 수소 원자와 거의 동일한 크기 |
| 반응성 | 화학 반응에 참여 가능 |
| 연구 | |
| 발견 | 1960년 버논 W. 휴스에 의해 발견 |
| 응용 | 뮤온 스핀 분광법 연구에 사용 표준 모형을 넘어서는 새로운 물리 연구에 사용 |
| 연구 대상 | 기초 물리 상수 측정 양자 전기역학 이론 검증 물질 특성 연구 |
| 기타 | |
| 명칭 | 국제 순수 및 응용 화학 연합(IUPAC)에서 공식 명칭으로 지정 |
2. 명명법
입자 물리학에서는 일반적으로 양전하를 띤 입자와 전자가 결합하여 이루어진 원자를 그 양전하 입자의 이름에 접미사 "-on"을 "-ium"으로 바꿔서 명명한다. 이에 따라 "뮤오늄"이라는 이름이 붙었다. "-on"을 "-오니움"으로 바꾸거나(또는 그 외에 추가) 하는 것은 주로 입자와 그 반입자의 결합 상태에 사용된다. 뮤온과 반뮤온으로 구성된 이온(아직 관측되지 않음)은 진짜 뮤오늄으로 알려져 있다.
뮤오늄은 금속 이외의 물질에 양성 뮤온 빔을 주입했을 때 높은 확률로 생성되는 것으로 알려져 있다. 뮤온 빔이 물질 내에서 감속하는 과정에서 주변 원자를 이온화하여 전자를 생성하고, 이 전자가 양성 뮤온과 결합하여 뮤오늄을 형성한다. 규산 분말이나 고온으로 가열한 텅스텐을 진공 속에 두고 뮤온을 조사하면, 그 표면에서 열에너지 정도의 뮤오늄이 진공 속으로 방출되는 현상도 알려져 있으며, 이를 이용하여 초저속 뮤온 빔을 생성하는 연구도 진행되고 있다.
물질에 주입된 뮤온이 뮤오늄을 형성했는지는 외부 자기장에 대한 반응 차이로 즉시 판단할 수 있다. 구체적으로, 뮤오늄을 형성한 상태에서는 뮤온이 궤도 전자로부터 일정한 유효 자기장(초미세 상호작용)을 받기 때문에, 뮤온 스핀 회전 주파수가 특징적인 자기장 의존성을 보인다. 반면, 나머지 뮤온은 단순히 자기장에 비례하므로 그 존재를 판별할 수 있다. 뮤오늄의 초미세 구조는 고립된 수소 원자의 그것과 (뮤온과 양성자 사이의 자기 모멘트 크기의 차이를 제외하고) 거의 같으며, 물질 내 뮤오늄의 초미세 구조(즉, 전자 상태)를 조사하는 것은 같은 환경에서 수소 원자의 전자 상태를 조사하는 것과 같다.
뮤오늄은 짧은 수명(약 2μs)에도 불구하고, 몇몇 화합물을 형성할 수 있다.[10]
한국에서는 포항 가속기 연구소 등에서 뮤오늄을 활용한 연구가 진행되고 있다. 특히, 고체 내 수소 원자의 거동, 반도체 결함 연구 등에 뮤오늄이 활용된다.
[1]
서적
Compendium of Chemical Terminology
Blackwell Scientific Publications
3. 형성
4. 특징
5. 뮤오늄 화합물
화학식 설명 Mu2 이뮤오늄[13] HMuO 뮤오늄산 (뮤오니옥시단, 산화뮤오늄수소)[14][15] NaMu 뮤오늄화나트륨[15][16] MuCl 염화뮤오늄[17] CH3Mu 뮤오니오메탄[15][18] MuH 수소뮤오늄[15][19] Mu- 뮤오늄화물 이온[20] µ+µ- 뮤오닉 뮤오늄(muonic muonium)[21]
6. 한국에서의 연구
참조
[2]
학술지
Formation of Muonium and Observation of its Larmor Precession
[3]
학술지
Names for muonium and hydrogen atoms and their ions
http://www.iupac.org[...]
[4]
서적
Muon and Muonium Chemistry
https://books.google[...]
Cambridge University Press
1983-09-08
[5]
학술지
Muon Spin Rotation/Relaxation/Resonance
[6]
학술지
Past, Present and Future of Muonium
[7]
웹사이트
Studying muonium to reveal new physics beyond the Standard Model
https://phys.org/new[...]
2022-11-29
[8]
학술지
Names for muonium and hydrogen atoms and their ions
http://www.iupac.org[...]
2011-07-30
[9]
학술지
Formation of Muonium and Observation of its Larmor Precession
[10]
학술지
Names for muonium and hydrogen atoms and their ions
http://www.iupac.org[...]
2019-02-17
[11]
학술지
Muon Spin Rotation/Relaxation/Resonance
[12]
서적
Muon and Muonium Chemistry
https://books.google[...]
1983-09-08
[13]
웹사이트
CHEBI:46620 - dimuonium
http://www.ebi.ac.uk[...]
欧州バイオインフォマティクス研究所
2018-07-28
[14]
웹사이트
CHEBI:46622 - hydrogen muonium oxide
http://www.ebi.ac.uk[...]
欧州バイオインフォマティクス研究所
2018-07-28
[15]
웹사이트
化合物命名法談義
http://nomenclator.l[...]
2021-09-23
[16]
웹사이트
CHEBI:46624 - sodium muonide
http://www.ebi.ac.uk[...]
欧州バイオインフォマティクス研究所
2018-07-28
[17]
웹사이트
CHEBI:46625 - muonium chloride
http://www.ebi.ac.uk[...]
欧州バイオインフォマティクス研究所
2018-07-28
[18]
웹사이트
CHEBI:46626 - muoniomethane
http://www.ebi.ac.uk[...]
欧州バイオインフォマティクス研究所
2018-07-28
[19]
웹사이트
CHEBI:46627 - hydrogen muonium
http://www.ebi.ac.uk[...]
欧州バイオインフォマティクス研究所
2018-07-28
[20]
웹사이트
CHEBI:30215 - muonide
http://www.ebi.ac.uk[...]
欧州バイオインフォマティクス研究所
2018-07-28
[21]
웹사이트
CHEBI:46621 - muonic muonium
http://www.ebi.ac.uk[...]
欧州バイオインフォマティクス研究所
2018-07-28
[22]
웹사이트
뮤오늄
http://goldbook.iupa[...]
[23]
웹사이트
뮤오늄과 수소원자와 그들의 이온의 이름
http://www.iupac.org[...]
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