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▲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)。
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，来自美国和瑞士等国家的多名科学家组成的研究团队在《物理评论快报》杂志上发表了该研究成果。
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。
“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。
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。
由于原子不携带任何电荷，它们只对电子施加一个极小的力，因此这些原子对Rydberg电子的路径几乎没有影响。
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，这个新的弱束缚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。”
科界原创
编译：Coke 审稿：三水 编辑：张梦
来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/02/180226085801.htm
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