关于里德伯原子介绍

[拼音]：Lidebo yuanzi

[外文]：Rydberg atom

价电子被激发到高激发态能级结构由里德伯能级公式描述的原子。俗称巨原子或胖原子。里德伯原子具有许多奇异的特性，诸如半径大，结合能小及寿命长等，因此已被当做探针用来进行基础研究和多方面的应用，并已逐步发展成一门独立的学科分支。

处在高激发态的氢原子是最简单的里德伯原子，它的一个电子通过库仑吸引力与质子相结合，产生一系列的能级

式中RH是氢原子的里德伯常数，n是主量子数，n=1，2，3，…等整数。能量为En的里德伯原子的大小用电子绕核运动的平均半径〈r〉n来描述，

n=a1n2，

这里a1是玻尔半径（见原子结构）。里德伯原子的寿命τn随n3而增加。

其他的原子，甚至分子也可以产生里德伯态，只须用n*代替上式中的n，n*=n-μ。n*称为有效量子数，μ 称为量子数亏损。例如一个n=60的里德伯原子，它的半径〈r〉60≈190.0nm，相当于一个“病毒”的大小，比基态的原子大了三个数量级，故称为“巨原子”。这时它的结合能约为0.0038eV， 要比在室温(300K)下粒子的热平动能kT(约0.025eV)小得多，k是玻耳兹曼常数，而它的寿命却比低激发态寿命（10-9秒）长了三个数量级(10-6秒)。

原子的光谱一般在真空紫外、紫外及可见光区；而里德伯原子的高激发态间的跃迁可产生红外，微波及射频波。例如n=630与640里德伯态间的跃迁产生 26MHz的射电波。如此巨大的原子很容易受到碰撞的影响而退激发，目前，自然界只在气体密度极稀薄的宇宙空间才观察到。

产生里德伯原子的方法很多，如激发与复合过程。光吸收是最简单的激发方式，电子碰撞激发是放电管中的最有效过程，在天体及实验室等离子体中、原子之间、原子与离子之间在高温下的碰撞激发以及电子与离子的复合等等也可产生里德伯原子。用调频激光作多光子吸收是目前产生里德伯原子最有效的方法，具有选择激发的优点。

里德伯原子半径大，结合能小，因此很容易受到外加电磁场以及与其他原子、分子的碰撞等的影响而改变其性能。例如，所有原子处于高激发态时，在外磁场作用下都成为抗磁性的；在外电场作用下，则具有很强的偶极矩，其电子电荷沿电场方向呈雪茄状分布长达数千埃，寿命只有10-12秒。在高密度环境下，里德伯原子的电子和核之间的库仑势，使充满于其间的大量基态原子和分子发生极化，此极化势（α为背景气体的极化常数）使里德伯原子能级发生红移。也就是说，里德伯原子与所包含的原子、分子被库仑势加上极化势耦合成一个巨分子复合体。

里德伯原子的特殊性能已被用作测量微波、射电波及检验电磁场的探测器；用其斯塔克效应可使金属原子作为磁流体中产生电流的催化剂。里德伯原子的光谱被当做探针来检测天体及实验室等离子体的密度与温度。在高密度气体中的里德伯原子及分子还是新的激光工作物质。