Впервые в мире физики из немецкого Университета Кайзерслаутерн — Ландау получили чистые молекулы трилобита Ридберга. Это необычные образования, которые имеют самый большой электрический дипольный момент из всех известных молекул и по форме похожи на ископаемых трилобитов. Благодаря этому открытию ученые смогли лучше изучить квантовое поведение электронов, когда они рассеиваются около атомов.
Для проведения эксперимента физики взяли облако атомов рубидия и охладили его в сверхвысоком вакууме до температуры около 100 мкК — это почти абсолютный нуль. Затем с помощью лазеров они возбудили некоторые из этих атомов до ридберговского состояния (в нем внешние электроны находятся в очень возбужденном состоянии).
Когда внутри этого огромного «пузыря» находится еще один атом, который не возбужден, то между ними образуется молекула. При этом тип химической связи между атомами совершенно уникален. В отличие от обычных молекул, где связи бывают ковалентными, ионными, металлическими или диполярными, внутри трилобита связь обеспечивается квантово-механическим рассеянием ридберговского электрона.
Эти молекулы имеют удивительные свойства: из-за волновой природы электрона многочисленные столкновения создают интерференционную картину, напоминающую трилобита. Кроме того, длина связи молекулы равна длине орбиты электрона — это гораздо больше, чем у любой другой двухатомной молекулы. А так как возбужденный электрон сильно притягивается к второму атому, то постоянный электрический дипольный момент очень большой: более 1700 дебаев.
Для детектирования и исследования этих странных молекул ученые применили спектроскопию. Результаты эксперимента помогают разобраться в фундаментальных механизмах связи между атомами в невозбужденном состоянии и ридберговскими атомами, которые в настоящее время являются перспективной платформой для квантовых вычислений.
