科学家打造出新型“弱约束物质形态”

　　尽管原子已经很小，但其内部仍有一定的空间。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。 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。“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？

　　(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》。