La domanda riguarda fenomeni che sono stati studiati e che sono ancora argomento di studio, e cioè i cosidetti "atomi esotici", nei quali (solitamente) un elettrone viene sostituito da un'altra particella con carica elettrica negativa (muone, pione, kaone, antiprotone).

Per semplicità citerò l'esempio dell'atomo di idrogeno, e in particolare il sistema idrogenoide formato da un protone e un muone. L'aspetto più importante da sottolineare per tale sistema è che, nel suo stato fondamentale (a energia minima, lo stato K), le sue dimensioni (lineari) sono 200 volte più piccole rispetto al normale atomo di idrogeno. Il fattore 200 è il rapporto delle masse del muone e dell'elettrone. Di conseguenza la densita di materia di tale atomo è circa 8 milioni di volte maggiore. Ultima considerazione: poiché il muone non è una particella stabile, ma si disintegra con una vita media di circa 2 milionesimi di secondo, pure l'atomo muonico è instabile, con essenzialmente la stessa vita media.

Se quanto sopra è chiaro, possiamo ritornare alla domanda. Sostituendo muoni a elettroni, i muoni andrebbero sempre e comunque a occupare le orbite più interne, e non quelle esterne. La sostituzione di tutti gli elettroni di un atomo con muoni è comunque una pura possibilità concettuale, non realizzabile in pratica. Per quanto riguarda le proprietà di un tale atomo, la sostituzione di un elettrone, e quindi delle shell interne, con un muone, non cambia praticamente nulla per quanto riguarda le proprietà atomiche, che sono definite dagli elettroni delle shell esterne. Diverso sarebbe il discorso se uno sostituisse tutti gli elettroni con muoni: avremmo a che fare con una materia completamente diversa, estremamente più densa.