我們知道,原子是由處於中心的一個原子核和若干個在核外圍繞著它運動的電子組成的。由於原子核的體積通常只佔原子體積的幾千億分之一,電子的體積就更小了(在物理學上,一般是把電子當做無體積的點來處理的),所以整個原子裡面實際上是空蕩蕩的。於是,有人突發奇想:可不可以在裡面塞進一點東西,譬如另一個原子?
這可不是一件輕而易舉的事情。因為原子裡面雖然空蕩,但要塞進一個和原子裡面空間差不多大的東西,那還是不太現實。
沒想到這個怪念頭現在不僅實現了,還遠高於預期。2018年,美國萊斯大學的一個團隊在一個鍶原子中一下子“塞進”了100個鍶原子。這簡直就像一隻母豬肚子裡懷了一窩小豬仔。這種原子內部含原子的新物質,稱為“裡德伯極子”。
為了製造裡德伯極子,物理學家結合了原子物理學的兩個領域:裡德伯原子和玻色-愛因斯坦凝聚體。
裡德伯原子是透過將原子的最外層電子激發到高能態之後形成的。在這種狀態下,最外層電子離原子核非常遠。玻色-愛因斯坦凝聚體則是在接近絕對零度下產生的一種物質狀態。凝聚體中的原子彼此之間的距離非常近。
在實驗中,研究人員先降低溫度,製造出鍶原子的玻色-愛因斯坦凝聚體。然後,他們用高能鐳射將其中一個鍶原子的最外層電子激發到高能態,形成裡德伯原子。在裡德伯原子中,最外層電子與原子核之間的平均距離可以大到幾百奈米,是氫原子半徑的幾千倍。在這種情況下,裡德伯原子的原子核與最外層電子之間的距離,大於玻色-愛因斯坦凝聚體中鍶原子之間的平均距離。因此,一些鍶原子就位於裡德伯原子內部了。
裡德伯極子靠微弱的作用力束縛在一起。理論上,一個鍶-裡德伯極子可以塞進多達170個鍶原子。