当前实验室环境下，可否在“大原子”里再塞进多个“小原子”？

“里德伯原子”（Rydberg Atom）的绰号叫“巨原子”，其半径是氢原子的一千倍。于是研究人员们猜想，可否在其中塞入其它小原子呢？

通常情况下，原子核与环绕它的电子间有少量的空隙。根据原子种类的不同，其轨道约有几百纳米宽。

不过现在，奥地利和美国的科学家们已经在其中塞入了更多的东西，创建了一种塞满了其它原子、被叫做“巨型原子”的新物质状态。

【（蓝色的）电子绕着（红色的）原子核，其轨道上还有许多（绿色的）玻色-爱因斯坦凝聚体与许多其它原子。（图自：维也纳技术大学）】

为了这项试验，维也纳技术大学、莱斯大学、哈佛大学的研究人员们，决定从玻色-爱因斯坦凝聚体着手。

这种奇特的物质形态，是原子在冷却到略微高于绝对零度以上时形成的。在这种状态下，原子的速度会慢下来、开始聚集到一起、且表现出不同寻常的行为。

然后，科学家们实现了一种新奇的物质形态，比如“超固体”（supersolids）、excitonium、以及负质量流体。

● 本例中，研究人员从一片锶原子云开始，先将它们转化到玻色-爱因斯坦凝聚态；

● 再用一束激光来激发原子，以将原子提升到高激发态；

● 接着，激发电子开始以较平常更远的距离绕原子核转，从而成为了一个里德伯原子。

【研究配图 - 1：在一个均匀密度的BEC中，Rydberg极子的激发原理】

电子的轨道变得如此之大，因而其他锶（Sr）原子可以轻易地放到里面：

据悉，团队观察到了某个里德伯原子里竟然塞下了 170 个原子。当然，这个数字会根据里德伯原子的半径和-爱因斯坦凝聚体的密度而不同。

原子间会相互作用，但力度很弱。至于里德伯原子的电子，尽管其路径会被中性原子略为分散，但因为电子的速度很慢，所以它不会迁移至另一种状态。

【研究配图 - 2：里德伯状态的激发光谱】

团队在计算机模拟后发现，这种弱相互作用会降低系统的总能量，在巨大的原子和内部的小原子之间形成一个“键”。研究合著者 Shuhei Yoshida 表示：

原子不带电荷，因此仅对电子施加了最小的力，这是一种极不寻常的状况。

通常情况下，我们需要处理带电的原子核、绑定它周围的电子。

而在这里，我们有一个结合了中性原子的电子。

【研究配图 - 3：激发态下的里德伯多体】

有鉴于此，研究团队给这种全新的“弱约束物质形态”命名为“里德伯极化体”（Rydberg Polarons），希望借此在非常小的范围内、非常精确地探测到玻色-爱因斯坦凝聚体的特性。

有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《物理学评论快报》（Physical Review Letters）上，原标题为《Creation of Rydberg Polarons in a Bose Gas》。

【论文链接】

https://journals./prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.083401