物理学家首次在实验室中成功地创造出一种奇怪而脆弱的结构，即“三叶虫里德伯分子”。

构建和观察这些奇异的原子结构，使科学家们对电子在原子附近散射时的量子活动有了新的认识。

由于它们的化学键不同于我们所知道的其他化学键，这些发现为开发更好的分子理论模型和理解它们的动力学开辟了道路。

里德伯分子是由一种被称为“里德伯原子”的原子形成的。在一个正常的原子中，原子核被一小群电子包围着。如果你给原子增加一点能量，电子群就会膨胀一点，使原子变得更大更松散。

里德伯原子是当你在允许它仍然保持电子的条件下添加大量能量时得到的。对于一个直径为数微米的原子来说，它膨胀得相当大，电子的结合非常松散，但不会飞离。

鉴于它们是如此的松散，里德伯原子的行为有点夸张，这使得它们在进行实验时很有用。

分子是原子以某种方式聚集在一起的排列，例如通过共同养育电子或通过对比电荷。如果你使用一个里德伯原子，你就会得到一个里德伯分子，但原子相互粘附的方式可能与连接更传统分子的键非常不同。

它们可能看起来非常不同，它们的电子分布模式可能类似于三叶虫或蝴蝶。

在凯泽斯劳滕-朗道大学物理学家Max Althön的带领下，Herwig Ott实验室的一组科学家首次创造出了纯三叶虫里德伯分子。

他们从铷原子开始，超冷到绝对零度以上0.0001度。然后，他们用激光将一些原子激发成里德伯态。

在这个过程中，每种情况下最外层的电子都被带到围绕原子体的遥远轨道上。电子的轨道半径可以超过一微米，使电子云比一个小细菌还大。

里德伯分子可以通过将基态原子（一个没有被激发成里德伯态的原子）带入里德伯原子的膨胀电子群中来产生，这两个原子不是通过标准的化学键粘在一起，而是通过一种奇怪的量子引力。

Max Althön解释道：“这是基态原子的里德伯电子的量子力学散射，将两者粘在一起。想象一下，电子快速地绕着原子核旋转。在每次往返中，它都会与基态原子发生碰撞。与我们的直觉相反，量子力学告诉我们，这些碰撞会导致电子和基态原子之间的有效吸引。”

由于反复的碰撞，电子分布成一种干涉图案，类似于三叶虫的分段甲壳。

此外，它还有其他一些迷人而奇怪的特性。分子键的长度几乎和里德伯轨道一样大，也就是说，在原子尺度上是相当大的。电子和基态原子之间的吸引力强度也很高。

这意味着，里德伯分子比其他分子有更高的电偶极矩；即正负电荷之间的分离，也称为极性。

Althön和他的同事观察到的三叶虫里德堡分子的电偶极矩超过1700德拜（debye），这是非常高的。对于水分子，这个值小于2德拜。

不仅能够创造，而且能够探测纯三叶虫里德堡分子，这为物理学家测试和理解量子领域提供了一种新的工具。

它在量子信息处理方面也有潜在的应用。而且，研究人员说，它可以更广泛地应用于研究不同物种之间的这些奇怪分子。

研究人员总结道：“总之，我们通过三光子光缔合测量了两个纯三叶虫里德伯分子的振动序列。有了这种方法，在任何S波散射长度为负的元素中都有可能产生三叶虫分子。”

这项研究发表在《自然通讯》杂志上。

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