物理学家第一次在实验室成功地创造了一种奇怪的、脆弱的结构，称为三叶虫里德伯分子。
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。
由于它们的化学键与我们所知的任何其他化学键不同，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称为里德伯原子。在正常的原子中，有原子核，周围环绕着微小的电子群。如果你向原子添加一点能量，电子群就会膨胀一点，使原子变得更大、更松散。
当你在允许它仍然保留电子的条件下添加大量能量时，就会得到里德伯原子。对于原子来说，它膨胀得相当大，直径有几微米，电子的束缚尽可能松散，不会飞走。
因为它们是如此松散，所以里德伯原子的行为有点夸张，这使得它们对于进行实验有用。
分子是原子的排列，它们以某种方式聚集在一起，例如通过共同电子或可能通过对比电荷。如果你使用里德伯原子，你会得到，但是原子相互粘附的方式可能与债券有很大不同连接更多常规分子。
它们看起来可能非常不同，其分布电子图案可能类似于，比如说三叶虫，或一个蝴蝶。
由凯泽斯劳滕-兰道大学物理学家 Max Althön 领导的 Herwig Ott 实验室的科学家团队首次创造了纯三叶虫 Rydberg 分子。
他们从铷原子开始，将其超冷至仅比绝对零高 0.0001 度。然后，他们使用激光将一些原子激发到里德伯态。
“在这个过程中，最外层的电子在每种情况下都被带入原子体周围的遥远轨道，”它说那里。 “电子的轨道半径可以超过一微米，使得电子云比小细菌还要大。”
里德伯分子可以通过将基态原子（尚未激发成里德伯态的原子）带入里德伯原子的蓬松电子群中来创建，这两个原子不是通过标准化学键而是通过奇怪的量子吸引力粘在一起。
“正是里德伯电子从基态原子的量子力学散射，将两者粘在一起，”阿尔森解释说。
“想象一下电子围绕原子核快速旋转。在每次往返时，它都会与基态原子碰撞。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产生有效的吸引力。”
由于反复碰撞，电子分布成干涉图案，类似于三叶虫的分段甲壳。
它还有其他一些令人着迷和奇怪的特性。分子键的长度几乎与里德伯轨道的大小相同，也就是说，对于原子尺度来说相当大。而且电子和基态原子之间的吸引力也相当高。
这意味着里德伯分子具有更高的电偶极矩比任何其他分子；即正电荷和负电荷之间的分离，也称为极性。
Althön 和他的同事观察到的三叶虫里德伯分子的电偶极矩超过 1,700 德拜，而且非常高。对于水分子，该测量值小于 2 德拜。
不仅能够创造而且能够探测纯三叶虫里德伯分子，这为物理学家提供了测试和理解量子领域的新工具。
它在量子信息处理方面也具有潜在的应用。研究人员表示，它可以更广泛地应用于研究不同物种的这些奇怪分子。
“总之，我们通过采用三光子光缔合测量了纯三叶虫里德伯分子的两个振动系列，”他们写。 “通过这种方法，在任何具有负横波散射长度的元素中产生三叶虫分子应该是可能的。”
该研究发表于自然通讯。
