Atomy rydbergowskie

Atomy rydbergowskie – atomy, w których przynajmniej jeden elektron został wzbudzony do bardzo wysokiego poziomu energetycznego. Nazwę swą wzięły od Johannesa Rydberga, szwedzkiego fizyka, który zajmował się badaniem emisji promieniowania przez atomy.

Atomy rydbergowskie wykazują nadzwyczajne właściwości:

• osiągają rozmiary rzędu ${\displaystyle 10^{-5}}$ m
• przebywają w stanie wzbudzonym w makroskopowych czasach rzędu 1 sekundy
• są silnie polaryzowane, a nawet jonizowane przez słabe pola elektryczne lub magnetyczne
• ponieważ wzbudzony elektron znajduje się bardzo daleko od jądra i pozostałych elektronów atomu, pole elektryczne, w którym porusza się elektron, może być traktowane jakby było wytworzone przez punktowy ładunek równy ładunkowi jądra zmniejszonego o ładunek pozostałych elektronów (ekranowane). Z tego powodu, taki elektron zachowuje się jakby krążył wokół jądra atomu wodoru, ale o innym ładunku.

Zgodnie z modelem Bohra promień orbity elektronu jest proporcjonalny do kwadratu głównej liczby kwantowej. Tłumaczy to duże rozmiary tych atomów, jak i ich reakcję na zewnętrzne pole (kiedy elektron jest daleko od jądra, łatwiej o to by siła ich oddziaływania była mniejsza od siły oddziaływania z zewnętrznym polem). Łatwo o jonizację także w wyniku zderzeń, ponieważ energia wiązania elektronu z jądrem jest bardzo mała. Różnica energii elektronów znajdujących się na kolejnych poziomach jest coraz mniejsza. Atomy rydbergowskie przebywają w stanie wzbudzonym tak długo, m.in. dlatego, że prawdopodobieństwo przejścia między poziomami jest proporcjonalne do trzeciej potęgi różnicy energii między tymi poziomami.

W zewnętrznym polu elektrycznym na elektron działa dodatkowa stała siła. Pochodzi od niej moment siły (siła kulombowska jest prostopadła do wektora wodzącego, więc jej moment jest równy 0). Powoduje to oscylacje elektronu, objawiające się periodycznym zmienianiem momentu pędu. Okazuje się, że częstość takich oscylacji obliczona z modelu klasycznego jest zgodna z obliczeniami kwantowymi. Jest to jeden z przykładów wskazujących na ciągłość praw mechaniki klasycznej i kwantowej. Także coraz „gęstsze” poziomy energetyczne podawane są jako przykład tej ciągłości, gdyż stają się niemal ciągłe (tak jak w mechanice klasycznej).