http://www.physorg.com/news160126684.html
by Lisa Zyga, April 28th, 2009
(PhysOrg.com) -- 當費米（Enrico Fermi）在 1930 年代研究里德堡原子（Rydberg atom）時，他從未像過，這種巨大原子能形成分子。後來，在 1970 與 80 年代中，理論物理學家 Chris Greene 預測，里德堡分子（Rydberg molecules）可能存在。但直到最近在超冷物理學中的成就之前，這樣的觀察都不可能辦到。現在，在一項最近研究中證明，里德堡分子能在實驗室中創造，而且它的觀察支持數十年的理論。
在一篇發表於 Nature 的論文中，來自德國 Stuttgart 大學以及美國 Oklahoma 大學的科學家，解釋他們如何以一種經過計算的、18 微秒的壽命創造出里德堡分子。他們的里德堡分子由二個銣（rubidium）原子構成，一個是里德堡原子，一個是基態原子。由非常微弱的化學鍵所連結，這二個原子被分離約 100 nm（數千波耳半徑 (Bohr radii)），那使它們比其他絕大多數分子中的原子更加分開。
與基態原子相反，里德堡原子為受激原子，在最外圍軌域有個電子離原子核非常遠（此狀態的主量子數 (principal quantum number) 非常高）。因是之故，里德堡原子很大而且可展現出不尋常的遠程交互作用。例如，科學家先前研究過二個里德堡原子的結合，那在非常大的核間距離下發生。
在當前研究中，科學家研究一種不一樣的結合交互作用，那在一個里德堡電子與一個基態原子之間發生。如研究者的解釋，這種結合由里德堡電子的低能散射引起，當這些原子都在里德堡電子波函數的某一特定位置之內時，該里德堡電子與基態原子的散射長度為負。
為了觀察這些巨型分子，研究者們準備了受陷於磁力的超冷銣原子樣本。當銣原子雲被冷卻，在氣體中的原子一起更靠近移動。當溫度接近絕對零度時，這些原子的原子核被分開至關鍵性的 100 奈米距離。研究者接著以雷射將某些原子刺激至里德堡態（Rydberg state，譯註：趨近但沒超過游離態）。
"如果我們有種處於臨界密度的氣體，以及二個處於正確距離的原子，那就能形成分子，而且我們將一個刺激至里德堡態，那麼我們就能形成一個分子，" Stuttgart 大學的 Vera Bendkowsky 表示，這項研究的第一作者。
利用光譜學技術，研究者能研究這些奇特的分子狀態，例如測定這些分子 18 微秒的壽命。這些實驗性結果與預測充分相符，證實了堅持已久的基礎原子理論。基於它們的光譜學特徵化結果，科學家預測，在不久的將來其他狀態能被實現與研究。一種可能性是「三葉蟲分子（trilobite molecules）」的體現，那些是涉及一個具有更大角動量之里德堡電子的結合態。
BBC News 的報導：
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8013343.stm
※ 相關報導：
＊ Observation of ultralong-range Rydberg molecules
http://www.nature.com/nature/journal/v458/n7241/full/nature07945.html
Vera Bendkowsky, Bjorn Butscher, Johannes Nipper,＊ 控制大多數原子現在成為可能
James P. Shaffer, Robert Low & Tilman Pfau
Nature 458, 1005-1008 (23 April 2009)
doi: 10.1038/nature07945;
＊ 原子的拉鋸戰
＊ 搞亂週期表的超級原子
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