在原子里面塞原子

本文转自：大科技杂志社

我们知道，原子是由处于中心的一个原子核和若干个在核外围绕着它运动的电子组成的。由于原子核的体积通常只占原子体积的几千亿分之一，电子的体积就更小了（在物理学上，一般是把电子当做无体积的点来处理的），所以整个原子里面实际上是空荡荡的。于是，有人突发奇想：可不可以在里面塞进一点东西，譬如另一个原子？

这可不是一件轻而易举的事情。因为原子里面虽然空荡，但要塞进一个和原子里面空间差不多大的东西，那还是不太现实。

没想到这个怪念头现在不仅实现了，还远高于预期。2018年，美国莱斯大学的一个团队在一个锶原子中一下子“塞进”了100个锶原子。这简直就像一只母猪肚子里怀了一窝小猪仔。这种原子内部含原子的新物质，称为“里德伯极子”。

为了制造里德伯极子，物理学家结合了原子物理学的两个领域：里德伯原子和玻色-爱因斯坦凝聚体。

里德伯原子是通过将原子的最外层电子激发到高能态之后形成的。在这种状态下，最外层电子离原子核非常远。玻色-爱因斯坦凝聚体则是在接近绝对零度下产生的一种物质状态。凝聚体中的原子彼此之间的距离非常近。

在实验中，研究人员先降低温度，制造出锶原子的玻色-爱因斯坦凝聚体。然后，他们用高能激光将其中一个锶原子的最外层电子激发到高能态，形成里德伯原子。在里德伯原子中，最外层电子与原子核之间的平均距离可以大到几百纳米，是氢原子半径的几千倍。在这种情况下，里德伯原子的原子核与最外层电子之间的距离，大于玻色-爱因斯坦凝聚体中锶原子之间的平均距离。因此，一些锶原子就位于里德伯原子内部了。

里德伯极子靠微弱的作用力束缚在一起。理论上，一个锶-里德伯极子可以塞进多达170个锶原子。