凯泽斯劳滕大学的物理学家Herwig Ott教授团队首次成功地直接观察到纯三叶虫里德堡分子。特别有趣的是，这些分子有一种非常奇特的形状，让人想起三叶虫化石。它们的电偶极矩也是目前已知的分子中最大的。

研究人员使用了一种专用设备，能够在超低温下制备这些脆弱的分子。结果揭示了它们不同于其他化学键的化学结合机制。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。

在他们的实验中，物理学家使用了铷原子云，在超高真空中冷却到大约100微开尔文——比绝对零度高0.0001度。随后，他们用激光将其中一些原子激发成所谓的里德伯态。“在这个过程中，每种情况下最外层的电子都被带到原子体周围的遥远轨道上，”凯泽斯劳滕-朗道大学研究超冷量子气体和量子原子光学的Herwig Ott教授解释说。

“电子的轨道半径可以超过1微米，这使得电子云比一个小细菌还大。”这种高度激发态的原子也会在星际空间中形成，并且具有极强的化学反应性。

如果一个基态原子现在位于这个巨大的里德伯原子中，一个分子就形成了。标准的化学键要么是共价键，要么是离子键，要么是金属键，要么是偶极键，而三叶虫分子是由一种完全不同的机制结合起来的。

该研究的第一作者Max Althön说:“这是基态原子的里德伯电子的量子力学散射，将两者粘在一起。”“想象一下，电子快速地绕着原子核旋转。在每次往返中，它都会与基态原子发生碰撞。与我们的直觉相反，量子力学告诉我们，这些碰撞会导致电子和基态原子之间的有效吸引。”

这些分子的特性是惊人的:由于电子的波动性质，多次碰撞导致了一个看起来像三叶虫的干涉图案。此外，这种分子的键长与里德伯轨道一样大，比任何其他双原子分子都要大得多。由于电子被基态原子强烈吸引，永久电偶极矩非常大:超过1700德拜。

为了观察这些分子，科学家们研制了一种专用的真空装置。它允许通过激光冷却和随后的分子光谱检测制备超冷原子。这些结果有助于我们理解基态原子和里德伯原子之间的基本结合机制，里德伯原子最近成为量子计算应用的一个有前途的平台。研究人员的发现补充了对里德伯系统的理解，里德伯系统可以同时是外来的和有用的。