【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】美国和奥地利物理学家利用激光将超冷锶原子转化为复杂的结构，这与之前在自然界看到的结构不同。莱斯大学物理学家汤姆基利安说：我很惊讶我们发现了一种原子聚集的新方式。它表明物理学和化学定律有多丰富。 基利安是“物理评论快报”（PRL）的一篇新论文的首席科学家，总结了该小组的实验结果。基利安与来自赖斯量子材料中心的实验物理学家和来自哈佛大学和维也纳科技大学的理论物理学家合作开展为期两年的项目，用锶原子制造“里德堡极化子”，这些锶原子至少比深空温度低100万倍。
赖斯大学原子物理学家乔Whalen致力于超冷锶气体激光冷却系统。图片版权：Jeff Fitlow /莱斯大学
Killian说，该小组的研究结果在PRL论文中概述，并在本周出现在物理评论A（PRA）中的理论研究中，揭示了有关物质基本性质的新内容。我们在化学课上学到的基本法则告诉我们原子如何结合在一起形成分子，对这些原理的深刻理解是化学家和工程师能够在我们日常生活中使用的材料。但是这些规律也很严格，只有某些原子组合才能在分子中形成稳定的键，我们的工作探索了一种新型的分子，这种分子没有被任何传统的原子结合在一起的规则所描述。新的分子只有在非常低的温度下稳定 - 大约是绝对零度以上的百万分之一。
在如此低的温度下，组成原子的时间足够长，以便在新的复杂结构中“粘合在一起” 。一个惊人的事情是，可以继续附加任意数量的原子到这些分子。这就像附加乐高块，这是传统类型的分子无法做到的。这一发现将对理论化学家，凝聚态物理学家，原子物理学家和物理学家感兴趣，他们正在研究里德堡原子在量子计算机中的潜在用途。大自然利用迷人的技巧工具箱将原子结合在一起制造分子和材料。当我们发现并理解这些技巧时，我们满足于对生活世界的固有好奇心，并且通常会导致像新治疗药物或光捕获太阳能电池这样的实际进步。
现在分辨实际应用还为时过早将来自我们的工作，但像这样的基础研究就是找到未来的重大突破所需要的。团队的努力主要集中在制造，测量和预测特定物质状态的行为，称为里德堡极化子，里德伯原子和极化子是两种不同现象的组合。在里德堡原子中，一个或多个电子以精确的能量激发，以便它们远离原子的原子核。里德伯原子可以用一个多世纪前由瑞典物理学家约翰内斯里德伯格写下的简单规则来描述。他们已经在实验室中研究了数十年，并被认为存在于深空冷空气中。PRL研究中的里德堡原子高达1微米宽，比正常锶原子大1000倍。当单个粒子与其环境强烈相互作用并引起附近的电子，离子或原子自身重新排列并形成粒子携带的一种涂层时，会产生极化子。
极化子本身是已知为准粒子-并入原始粒子及其环境的特性的集体统一物体。里德堡极化子是一类新的极化子，当它穿过致密的超冷云时，高能量远轨道电子在其轨道内聚集数百个原子。在水稻实验中，研究人员开始创建数十万锶原子的过冷云。通过协调激光脉冲的时间和电场的变化，研究人员能够逐一创建和计数里德堡极化子，最终形成数以百万计的研究。虽然里德伯格极化子之前是用铷制造的，但是锶的使用使物理学家能够更清楚地解析出涂层里德堡原子的能量，这种方式揭示了以前看不见的普遍特性。
物理学和天文学教授基利安说：我给了理论家很多的信任，他们开发了强大的技术来计算数百个相互作用粒子的结构，以便解释我们的结果并识别里德堡极化子的特征。从实验的角度来看，制造和测量这些极化子是具有挑战性的，在与其他粒子碰撞之前，每个人只能活几微秒，我们不得不用非常敏感的技术来计算这些脆弱和短暂的物体。
知识：科学无国界，博科园-科学科普
参考：物理评论A
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：莱斯大学
编译：光量子
审校：博科园
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