Мюо́ний (Mu), метастабильная водородоподобная система, состоящая из положительно заряженного мюона $μ^+,$ играющего роль ядра, и электрона. Время жизни мюония определяется временем жизни свободного мюона $τ ≈ 2,2·10^{–6}$ с. Наряду с позитронием мюоний является простейшей двухчастичной чисто лептонной системой.

Энергетические уровни мюония в низшем приближении описываются уравнением Шрёдингера и незначительно отличаются от уровней энергии атома водорода только за счёт разных значений приведённой массы. С учётом взаимодействия магнитных моментов электрона и мюона основное состояние $1S$ расщепляется на две компоненты (сверхтонкое расщепление), соответствующие двум значениям полного спина $(F = 1\ и \ F = 0).$ В первом приближении величина сверхтонкого расщепления основного состояния равна (Э. Ферми, 1930): $$Δν_F = (16/3)α^2cR_∞(m_e/m_μ)(1 + m_e/m_μ)^{–3},$$где $α$ – постоянная тонкой структуры, $c$ – скорость света, $R_∞$ – постоянная Ридберга, $m_e$ – масса электрона, $m_μ$ – масса мюона. Квантовые и релятивистские поправки к величине $Δν_F$ имеют вид ряда по двум малым параметрам $α$ и $m_e/m_μ.$ Из-за своей чисто лептонной природы мюоний идеально подходит для теоретических расчётов в рамках квантовой электродинамики; относительно небольшой вклад сильного взаимодействия появляется только при учёте адронной поляризации вакуума.

С другой стороны, мюоний – одна из немногих чисто лептонных атомных систем, доступная для прецизионных экспериментов. Для измерения величины сверхтонкого расщепления мюоний помещают в сильное постоянное магнитное поле, в котором основное состояние вследствие эффекта Зеемана расщепляется на 4 уровня с различными проекциями спинов электрона и мюона $(±1/2, ±1/2).$ Дополнительное слабое радиочастотное поле вызывает переходы $(1/2, 1/2) ↔ (1/2, –1/2)\ и\ (–1/2, –1/2) ↔ (–1/2, 1/2)$ на частотах $ν_{12}$ и $ν_{34}$ соответственно. Направление спина мюона контролируется по асимметрии углового распределения позитронов, образующихся при распаде мюона.

Наиболее точное экспериментальное значение сверхтонкого расщепления $Δν = ν_{12} + ν_{34} = 4463302765(53)\ Гц$ прекрасно согласуется с теоретическими расчётами.

В случае свободного мюония теоретические и экспериментальные данные по сверхтонкому расщеплению используются для уточнения значений ряда фундаментальных физических постоянных. Связанный в веществе мюоний применяется для исследования физико-химических свойств конденсированных сред (метод мюонной спиновой релаксации).