物质的奇特状态:充满原子的原子

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物质的奇特状态:充满原子的原子
* 来源 :http://www.barolitec.com * 作者 : * 发表时间 : 2018-03-11 00:07

  由于原子不携带任何电荷,它们只对电子一个极小的力,因此这些原子对Rydberg电子的径几乎没有影响。

  原子由原子核与电子组成。通常在原子核与电子之间什么都没有。但是如果电子在很远的距离上绕着原子核运行,那么其间就有足够的空间容纳下其他原子。这时便会形成一个“巨大的原子”,其中充满了其他普通原子。在低温状态下,所有这些原子形成了一种弱键,并产生了一种新的、奇异的物质状态,称为“Rydberg极化子”。近日,来自美国和等国家的多名科学家组成的研究团队在《物理评论快报》上发表了该研究。

  “电子和原子核之间的平均距离可以为几百纳米,这是一个氢原子的半径的一千倍。”该研究的主要人员Joachim Burgdörfer教授说道。

  原子物理学中的两个非常特殊的领域:玻色-爱因斯坦凝聚体和Rydberg原子,在这个研究项目中被结合在一起。

  计算机模拟显示,这种相对较弱的相互作用会降低系统的总能量,因此,Rydberg原子和电子轨道内部的其他原子之间的键会被创造出来。这种键比晶体中原子之间的键弱得多。因此,这种被称为“Rydberg极化子”的奇异的物质状态只能在极低的温度下形成。如果粒子运动稍微变快,化学键就会断裂。

  “对我们来说,这个新的弱态物质是研究超冷原子物理的新契机。” Joachim Burgdörfer教授兴奋地说道,“这样就可以在很小的尺度上精确地探测玻色-爱因斯坦凝聚体的性质。”

  ▲上图:电子(蓝色)围绕着原子核(红色)旋转,它的轨道包围着许多其他原子——波色-爱因斯坦凝聚体(绿色)。

  首先,研究人员利用锶原子形成玻色-爱因斯坦凝聚态,然后利用激光将能量转移到其中的一个原子上,把它变成一拥有个巨大原子半径的Rydberg原子。这个原子的复杂之处在于:轨道的半径,即电子绕原子核运动的半径,远比两个原子在冷凝水中的距离要大得多。因此,电子不仅绕着它自己的原子核运行,还有许多其他的原子也在它的轨道内。根据Rydberg原子的半径和玻色-爱因斯坦凝聚的密度,多达170个额外的锶原子可能被巨大的电子轨道所包围。