Международная группа ученых, включая специалистов из Института физики и математики Вселенной Кавли (Kavli IPMU), впервые зафиксировала в эксперименте новый тип экзотических атомов — высокозаряженные мюонные ионы. Результаты опубликованы в издании Physical Review Letters и отмечены редакцией как важное открытие.

Обычные атомы состоят из ядра и электронов, но если «оторвать» у них большую часть электронов, они превращаются в высокозаряженные ионы. Такие частицы — ключ к изучению экстремальных состояний материи, от термоядерного синтеза до процессов внутри звезд.

Но ученые пошли дальше: они создали мюонные ионы — атомы, в которых один из электронов заменен на мюон (тяжелый «родственник» электрона). Такие системы существуют доли секунды, и раньше их не удавалось наблюдать напрямую.

Мюон (μ⁻) — элементарная частица с отрицательным зарядом, похожая на электрон, но в 207 раз тяжелее. Живет около 2,2 микросекунды, распадаясь на электрон и нейтрино. В мюонных ионах мюон временно занимает место электрона, создавая «тяжелый» атом.

Эксперимент провели в Японии на установке MUSE  (J-PARC), где получают самый интенсивный пучок медленных мюонов. Для детектирования использовали сверхчувствительный микрокалориметр TES, способный улавливать даже слабые рентгеновские сигналы.

Что увидели

• Пик высокоэнергетического излучения от мюонного иона аргона с одним электроном  (μAr¹⁶⁺).
• Три пика пониже — от ионов с двумя и тремя электронами  (μAr¹⁵⁺ и μAr¹⁴⁺).

Это подтвердило теоретические модели и открыло путь к новым исследованиям.

Практическая польза:

• Астрофизика — поможет точнее анализировать излучение звезд и квазаров.
• Термояд — изучение высокозаряженных ионов критично для управляемого синтеза.
• Квантовая химия — проверка моделей поведения частиц в экстремальных условиях.

Пока это фундаментальная наука, но как знать — возможно, через 20 лет на основе таких данных создадут новые материалы или источники энергии.

Главный вопрос: насколько стабильно воспроизводимы результаты?

• Мюоны живут 2,2 микросекунды, и даже мощный пучок в MUSE дает ограниченное число событий.
• Данные получены только для аргона — нужно проверять другие элементы.

Без повторных экспериментов говорить о полноценном открытии рано.

Ранее ученые начали охоту на несуществующие частицы.