物理学家利用激光冷却接近绝对零度的原子，产生了一个电子轨道，其大小几乎难以置信。通过将一个常规原子放置在这个巨大的轨道内，他们产生了一个奇特的形状，让人想起曾经在海洋中占据主导地位的节肢动物三叶虫的化石。与此类似的形状是真是难以想象的。
金属铷元素可能并不为外界所熟知，除了那些可以演唱汤姆·勒雷尔（Tom Lehrer）的《元素之歌》的人。然而，对于那些渴望在接近绝对零度下研究世界的科学家来说，金属铷极受欢迎，因为铷原子特别适合用激光冷却到非常低的温度。
开莱斯劳滕-兰道大学的Herwig Ott教授和他的同事们将铷原子云冷却到接近绝对零度的万分之一摄氏度。与其他达到万亿分之一摄氏度的温度相比，这似乎温暖得多了。然而，这足以允许进一步通过激光调教将原子处于里德堡态，使外部电子轨道扩展到大约一微米的半径。Ott在一份声明中指出，这使“电子云比一粒小细菌还要大”的。由于电子与它们的原子核脱离，原子变得高度化学活性。
不可思议的是，这么大的一个原子内部还能容纳另一个普通大小的原子，夹在里德堡原子的核心和外部电子通常位置之间。这进而导致一种比你在高中时可能学过的共价键和离子键更奇特的结合形式，或者仍然是传统的金属或偶极键。
“想象一下电子绕着原子核迅速旋转。在每一次往返中，它会与基态原子发生碰撞。与我们的直觉相反，量子力学教导我们这些碰撞导致了电子和基态原子之间的有效吸引力，”第一作者Max Althön解释道。
这种类型的相互作用在此之前已知，但这项工作清楚显示了以前模糊的一些方面。在表达其波粒二象性的情况下，这些大半径电子与基态原子的相互作用是统计学上的。它们会产生干涉图样，就像著名的双缝实验一样。
这些干涉图案最终看起来像蝴蝶或三叶虫，取决于条件，而团队已经创建了后者。其他人曾尝试使用一光子和两光子激发来产生这些图像，在后一种情况下取得了部分成功。而在这里，团队展示了用三光子激发将铷的基态与激发态耦合的能力。
电子对基态原子的吸引力非常强，甚至可以成为罗曼蒂克喜剧的题材。但我们得到的只是一个电偶极矩，其中三叶虫的“尾部”（里德堡原子的核心所在）非常正电。基态原子位于头部，而电子通过概率分布在头部和腿部，因此成为带负电的。
偶极矩与电荷相距越远，则其增加越多，作者报告这个偶极矩为1700 Debye。作为比较，用作具有非常大偶极矩的离子分子示例的溴化钾，它的偶极矩为10.4 Debye，不到此偶极矩的1％。
一个大的偶极矩使分子易于通过外部电场进行控制。潜在地，这些分子可以用于信息处理，因为外部电场可以改变它们的状态。更重要的是，它允许科学家以其他分子无法做到的方式探索它们的性质。
这项工作已在《自然》杂志上开放获取发表。