裏德伯原子

裏德伯原子是指具有高激發態電子 （ 主量子數n很大 ） 的原子 。 裏德伯原子中只有一個電子處於很高的激發態 ， 離原子實 （ 原子核和其餘的電子 ） 很遠 ， 原子實對這個電子的庫侖作用可視爲一個點電荷的庫侖作用 ， 因此可以將裏德伯原子看作類氫原子 ， 將多體問題轉化爲單電子問題 ， 這樣就大大簡化了計算 。 1885年巴耳末提出氫原子光譜的巴耳末公式之後 ， 就有人觀測到了n = 13的氫原子譜線 。 1893年美國天文學家皮克林在天文觀測中觀測到了n = 31的譜線 。 1906年又有人觀測到了n = 51的鈉的裏德伯原子 。 目前人們在實驗室中已經制備出n ≈ 105的原子 ， 射電天文已經觀測到了n ≈ 630的裏德伯原子 。 當原子處於基態時 ， 儘管不同原子的質量差別很大 ， 而原子半徑相差不大 。 而裏德伯原子的主量子數n很大 ， 根據玻爾模型 ， 電子的軌道半徑 ： 即正比於n2 ， 因此裏德伯原子的半徑比一般原子大很多 。 n = 250的裏德伯原子半徑約爲 3.3 微米 ， 接近一個典型細菌的大小 。 當原子中的電子處於主量子數n很低的狀態時 ， 激發態平均壽命在10 - 8秒左右 。 裏德伯原子的電子被激發到n很大的狀態 。 根據玻爾提出的對應原理 ， 其行爲接近於經典物理學的情況 。 此時激發態的平均壽命近似正比於n 4.5 ， 因此裏德伯原子的壽命比較長 ， 有的在10 - 3秒到1秒的數量級 。 裏德伯原子的外層電子結合能近似與n2成正比 ， 相鄰兩個能級之間的能量間隔近似與n3成反比 ， 因此裏德伯原子的能量間隔隨n的增加而迅速減小 。 這使得檢測裏德伯原子需要有高分辨率的光譜技術 ， 同時也帶來一些新的現象 。 例如對於正常原子 ， 室溫的黑體輻射頻率遠低於原子的一般輻射頻率 ， 室溫黑體輻射對原子的影響可以忽略不計 。 而對於裏德伯原子 ， 能量間隔很小 ， 室溫黑體輻射能夠影響原子的壽命 。 在普通原子中 ， 原子內部庫侖作用比較強 ， 外部的電場 、 磁場對原子的影響比較小 。 而裏德伯原子中由於電子到原子實的距離比較遠 ， 庫侖作用比較小 ， 比較容易受到外加的電磁場影響 ， 產生一些有趣的現象 。