Ридберговские атомы

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от , проверенной 9 ноября 2018; проверки требуют .

Ри́дберговские а́томы (названы в честь Й. Р. Ридберга) — водородоподобные атомы и атомы щелочных металлов, у которых внешний электрон находится в высоковозбуждённом состоянии (вплоть до уровней n порядка 1000). Для перевода атома из основного в возбуждённое состояние его облучают резонансным лазерным светом или инициируют радиочастотный разряд. Размер ридберговского атома может превышать размер находящегося в основном состоянии того же самого атома почти в 106 раз для n = 1000 (см. таблицу ниже).

Электрон, вращающийся на орбите радиуса r вокруг ядра, по второму закону Ньютона испытывает силу

Из этих двух уравнений получим выражение для орбитального радиуса электрона, находящегося в состоянии n:

Характерный размер атома rn и типичный квазиклассический период обращения электрона равны

Длина волны излучения атома водорода при переходе с n = 91 на n = 90 равна 3,4 см[1].

При возбуждении атомов из основного состояния в ридберговское происходит интересное явление, получившие название «дипольная блокада».

Когерентное управление дипольной блокадой ридберговских атомов лазерным светом делает их перспективным кандидатом для практической реализации квантового компьютера.[3] По сообщениям научной печати, до 2009 года важный для вычислений элемент квантового компьютера двух-кубитный вентиль экспериментально не был реализован. Однако, имеются сообщения о наблюдении коллективного возбуждения и динамического взаимодействия между двумя атомами[4][5] и в мезоскопических образцах.[2]

Сильно взаимодействующие ридберговские атомы характеризуются квантовым критическим поведением, что обеспечивает фундаментальный научный интерес к ним независимо от приложений.[6]

Исследования, связанные с ридберговскими состояниями атомов, можно условно разбить на две группы: изучение самих атомов и использование их свойств для прочих целей.

В 2009 году исследователями из университета Штутгарта удалось получить Ридберговскую молекулу (англ.)[8].

Первые экспериментальные данные по ридберговским атомам в радиоастрономии были получены в 1964 году Р. С. Сороченко и др. (ФИАН) на 22-метровом зеркальном радиотелескопе, созданном для исследования излучения космических объектов в сантиметровом диапазоне частот. При ориентации телескопа на туманность Омега в спектре радиоизлучения, идущего от этой туманности, была обнаружена линия излучения на длине волны λ ≃ 3,4 см. Эта длина волны соответствует переходу между ридберговскими состояниями n = 91 и n = 90 в спектре атома водорода[1].