Протоний

Протоний нестабилен, протон и антипротон быстро аннигилирует. Время жизни протония составляет от 10⁻¹¹ с в нижних состояниях с главным квантовым числом ${\displaystyle n=1}$ до 10⁻⁶ с в возбуждённых состояниях с ${\displaystyle n=30}$^[2]. Процесс аннигиляции протония начинается с превращения протон-антипротонной пары в пи-мезоны и завершается распадом пи-мезонов на фотоны, электроны, позитроны, антинейтрино и нейтрино^[3]. Наибольшую часть энергии аннигиляции, примерно 50 %, уносят нейтрино и антинейтрино, 16 % приходится на электроны и позитроны^[4]. Боровский радиус орбиты протония в 918 раз меньше чем у атома водорода. Основная особенность структуры энергетических уровней протония состоит в расщеплении термов в парасостояния (спин равен нулю при антипараллельной ориентации спинов протона и антипротона) и ортосостояния (спин равен единице при параллельной ориентации спинов протона и антипротона)^[5]. Также на структуру термов оказывает влияние ядерное взаимодействие.

Впервые протоний по его спектру наблюдался в ЦЕРН в эксперименте PS171 (ASTERIX) на накопителе антипротонов LEAR, в 1980-х^[6][7]. В спектрах фотонов были выделены линии, соответствующие переходам между возбуждёнными состояниями. Также протоний наблюдается в экспериментах с ловушками холодных частиц, например в эксперименте ATHENA на современном накопителе AD^[8].