實體學家利用雷射冷卻接近絕對零度的原子，産生了一個電子軌道，其大小幾乎難以置信。通過将一個正常原子放置在這個巨大的軌道内，他們産生了一個奇特的形狀，讓人想起曾經在海洋中占據主導地位的節肢動物三葉蟲的化石。與此類似的形狀是真是難以想象的。
金屬铷元素可能并不為外界所熟知，除了那些可以演唱湯姆·勒雷爾（Tom Lehrer）的《元素之歌》的人。然而，對于那些渴望在接近絕對零度下研究世界的科學家來說，金屬铷極受歡迎，因為铷原子特别适合用雷射冷卻到非常低的溫度。
開萊斯勞滕-蘭道大學的Herwig Ott教授和他的同僚們将铷原子雲冷卻到接近絕對零度的萬分之一攝氏度。與其他達到萬億分之一攝氏度的溫度相比，這似乎溫暖得多了。然而，這足以允許進一步通過雷射調教将原子處于裡德堡态，使外部電子軌道擴充到大約一微米的半徑。Ott在一份聲明中指出，這使“電子雲比一粒小細菌還要大”的。由于電子與它們的原子核脫離，原子變得高度化學活性。
不可思議的是，這麼大的一個原子内部還能容納另一個普通大小的原子，夾在裡德堡原子的核心和外部電子通常位置之間。這進而導緻一種比你在高中時可能學過的共價鍵和離子鍵更奇特的結合形式，或者仍然是傳統的金屬或偶極鍵。
“想象一下電子繞着原子核迅速旋轉。在每一次往返中，它會與基态原子發生碰撞。與我們的直覺相反，量子力學教導我們這些碰撞導緻了電子和基态原子之間的有效吸引力，”第一作者Max Althön解釋道。
這種類型的互相作用在此之前已知，但這項工作清楚顯示了以前模糊的一些方面。在表達其波粒二象性的情況下，這些大半徑電子與基态原子的互相作用是統計學上的。它們會産生幹涉圖樣，就像著名的雙縫實驗一樣。
這些幹涉圖案最終看起來像蝴蝶或三葉蟲，取決于條件，而團隊已經建立了後者。其他人曾嘗試使用一光子和兩光子激發來産生這些圖像，在後一種情況下取得了部分成功。而在這裡，團隊展示了用三光子激發将铷的基态與激發态耦合的能力。
電子對基态原子的吸引力非常強，甚至可以成為羅曼蒂克喜劇的題材。但我們得到的隻是一個電偶極矩，其中三葉蟲的“尾部”（裡德堡原子的核心所在）非常正電。基态原子位于頭部，而電子通過機率分布在頭部和腿部，是以成為帶負電的。
偶極矩與電荷相距越遠，則其增加越多，作者報告這個偶極矩為1700 Debye。作為比較，用作具有非常大偶極矩的離子分子示例的溴化鉀，它的偶極矩為10.4 Debye，不到此偶極矩的1％。
一個大的偶極矩使分子易于通過外部電場進行控制。潛在地，這些分子可以用于資訊處理，因為外部電場可以改變它們的狀态。更重要的是，它允許科學家以其他分子無法做到的方式探索它們的性質。
這項工作已在《自然》雜志上開放擷取發表。