在一个里德伯原子中，至少一个电子被激发到一个具有非常高的主量子数的轨道中，该轨道将这个原子的电子壳层延伸到远远超过原子核的地方。基于由恩里科费米1934年提出的思想，最近的一项理论工作预测，这样一个电子从处于基态的第二个原子的散射可能会产生有吸引力的相互作用。这样将会产生具有核间分离的、可达几千个波尔半径的巨型分子。本期《自然》报告了这种超长距离“里德伯分子”的光谱表征。这种分子（超冷铷二聚体）的光谱与模型预测非常相符。这一成果使得在不远的将来实现其他奇异分子（如所谓的“三叶虫”分子）的前景令人期待。
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| 本人学艺不精，想问一下，“一个里德伯原子”是什么概念？ |
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里德伯原子是指具有高激发态电子（主量子数n很大）的原子。里德伯原子中只有一个电子处于很高的激发态，离原子实（原子核和其余的电子）很远，原子实对这个电子的库仑作用可视为一个点电荷的库仑作用，因此可以将里德伯原子看作类氢原子，将多体问题转化为单电子问题，这样就大大简化了计算。
1885年巴耳末提出氢原子光谱的巴耳末公式之后，就有人观测到了n=13的氢原子谱线。1893年美国天文学家皮克林在天文观测中观测到了n=31的谱线。1906年又有人观测到了n=51的钠的里德伯原子。目前人们在实验室中已经制备出n≈105的原子，射电天文已经观测到了n≈630的里德伯原子。
在玻尔模型中，电子的轨道半径与n2成正比。当原子处于基态时，尽管不同原子的质量差别很大，而原子半径相差不大。而里德伯原子的主量子数n很大，根据玻尔模型，电子的轨道半径：
在玻尔模型中，电子的轨道半径与n2成正比。
即正比于n2，因此里德伯原子的半径比一般原子大很多。n=250的里德伯原子半径约为3.3微米，接近一个典型细菌的大小。
当原子中的电子处于主量子数n很低的状态时，激发态平均寿命在10-8秒左右。里德伯原子的电子被激发到n很大的状态。根据玻尔提出的对应原理，其行为接近于经典物理学的情况。此时激发态的平均寿命近似正比于n4.5，因此里德伯原子的寿命比较长，有的在10-3秒到1秒的数量级。里德伯原子的外层电子结合能近似与n2成正比，相邻两个能级之间的能量间隔近似与n3成反比，因此里德伯原子的能量间隔随n的增加而迅速减小。这使得检测里德伯原子需要有高分辨率的光谱技术，同时也带来一些新的现象。例如对于正常原子，室温的黑体辐射频率远低于原子的一般辐射频率，室温黑体辐射对原子的影响可以忽略不计。而对于里德伯原子，能量间隔很小，室温黑体辐射能够影响原子的寿命[1]。
在普通原子中，原子内部库仑作用比较强，外部的电场、磁场对原子的影响比较小。而里德伯原子中由于电子到原子实的距离比较远，库仑作用比较小，比较容易受到外加的电磁场影响，产生一些有趣的现象。 |
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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R H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E n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，
〈r〉n=a1 n 2,
这里a 1是玻尔半径。里德伯原子的寿命τ n随n 3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。 |
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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。 |
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