रिडबर्ग परमाणु

फ़ाइल: चुंबकीय क्वांटम संख्या m = के साथ हाइड्रोजन परमाणु6.jpg|thumb|right|चित्र 1मुख्य क्वांटम संख्या संख्या = 12 के साथ एक रिडबर्ग परमाणु का परमाणु कक्षीय। रंग अत्यधिक उत्साहित इलेक्ट्रॉन के क्वांटम चरण को दिखाते हैं। एक रिडबर्ग परमाणु एक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉनों के साथ एक उत्साहित अवस्था है जिसमें एक बहुत ही उच्च प्रिंसिपल क्वांटम संख्या, एन होती है। N का मान जितना अधिक होगा, इलेक्ट्रॉन नाभिक से उतना ही दूर होगा, अपेक्षा मान (क्वांटम यांत्रिकी)। Rydberg परमाणुओं में कई अजीबोगरीब गुण होते हैं जिनमें विद्युत क्षेत्र और चुंबकीय क्षेत्र के लिए अतिरंजित प्रतिक्रिया शामिल है, लंबी क्षय अवधि और इलेक्ट्रॉन तरंग क्रियाएं, जो कुछ शर्तों के तहत, परमाणु नाभिक के बारे में इलेक्ट्रॉनों की शास्त्रीय भौतिकी कक्षाओं का अनुमान लगाती हैं। कोर इलेक्ट्रॉन नाभिक के विद्युत क्षेत्र से  रासायनिक संयोजन इलेक्ट्रॉन  को ढाल देते हैं, जैसे कि दूर से, विद्युत क्षमता हाइड्रोजन परमाणु में इलेक्ट्रॉन द्वारा अनुभव किए गए समान दिखती है। इसकी कमियों के बावजूद परमाणु का बोहर मॉडल इन गुणों की व्याख्या करने में उपयोगी है। शास्त्रीय रूप से, त्रिज्या आर की एक गोलाकार कक्षा में एक इलेक्ट्रॉन, आवेश + प्राथमिक आवेश के हाइड्रोजन परमाणु नाभिक के बारे में, न्यूटन के गति के नियमों का पालन करता है। न्यूटन का दूसरा नियम:


 * $$ \mathbf{F}=m\mathbf{a} \Rightarrow { ke^2 \over r^2}={mv^2 \over r}$$

जहाँ k = 1/(4πमुक्त स्थान की पारगम्यता|ε0).

घटी हुई प्लैंक स्थिरांक की इकाइयों में कक्षीय संवेग परिमाणीकरण (भौतिकी) है|ħ:


 * $$ mvr=n\hbar $$.

इन दो समीकरणों के संयोजन से मुख्य क्वांटम संख्या, n के संदर्भ में कक्षीय त्रिज्या के लिए नील्स बोह्र की अभिव्यक्ति होती है:


 * $$ r={n^2\hbar^2 \over ke^2m}. $$

अब यह स्पष्ट है कि Rydberg परमाणुओं में ऐसे विशिष्ट गुण क्यों होते हैं: कक्षा की त्रिज्या n के रूप में होती है2 (एन = 137 हाइड्रोजन की परमाणु त्रिज्या ~1 माइक्रोन है) और ज्यामितीय क्रॉस-सेक्शन n के रूप में 4। इस प्रकार, Rydberg परमाणु बहुत बड़े होते हैं, शिथिल रूप से बंधे हुए रासायनिक संयोजन शेल  इलेक्ट्रॉनों के साथ, टकराव या बाहरी क्षेत्रों द्वारा आसानी से परेशान या आयनीकरण क्षमता।

क्योंकि Rydberg इलेक्ट्रॉन की बंधन ऊर्जा 1/r के समानुपाती होती है और इसलिए 1/n की तरह गिरती है2, एनर्जी लेवल स्पेसिंग 1/n की तरह कम हो जाता है3 पहले आयनीकरण ऊर्जा पर अभिसरण करने वाले पहले से अधिक निकटवर्ती स्तरों के लिए अग्रणी। ये निकट दूरी वाले Rydberg राज्य बनाते हैं जिसे आमतौर पर Rydberg श्रृंखला के रूप में जाना जाता है। 'चित्र 2' लिथियम में अज़ीमुथल क्वांटम संख्या के निम्नतम तीन मानों के कुछ ऊर्जा स्तरों को दर्शाता है।

इतिहास
Rydberg श्रृंखला के अस्तित्व को पहली बार 1885 में प्रदर्शित किया गया था जब जोहान बामर  ने परमाणु हाइड्रोजन में संक्रमण से जुड़े प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के लिए बामर श्रृंखला # बामर के सूत्र की खोज की थी। तीन साल बाद, स्वीडिश भौतिक विज्ञानी जोहान्स रिडबर्ग ने बाल्मर के सूत्र का एक सामान्यीकृत और अधिक सहज संस्करण प्रस्तुत किया जिसे रिडबर्ग सूत्र के रूप में जाना जाने लगा। इस सूत्र ने एक परिमित सीमा पर अभिसरण करने वाले अधिक निकट दूरी वाले असतत ऊर्जा स्तरों की एक अनंत श्रृंखला के अस्तित्व का संकेत दिया। इस श्रृंखला को 1913 में नील्स बोह्र द्वारा हाइड्रोजन परमाणु के अपने बोह्र मॉडल के साथ गुणात्मक रूप से समझाया गया था जिसमें कोणीय संवेग के परिमाणीकरण (भौतिकी) मान प्रेक्षित असतत ऊर्जा स्तरों की ओर ले जाते हैं। वर्नर हाइजेनबर्ग और अन्य द्वारा क्वांटम यांत्रिकी के विकास के बाद 1926 में वोल्फगैंग पाउली द्वारा देखे गए स्पेक्ट्रम की पूर्ण मात्रात्मक व्युत्पत्ति प्राप्त की गई थी।

उत्पादन के तरीके
हाइड्रोजन जैसे परमाणु की एकमात्र सही मायने में स्थिर स्थिति n = 1 के साथ जमीनी अवस्था है। Rydberg राज्यों के अध्ययन के लिए n के बड़े मूल्य वाले राज्यों के लिए रोमांचक जमीनी राज्य परमाणुओं के लिए एक विश्वसनीय तकनीक की आवश्यकता है।

इलेक्ट्रॉन प्रभाव उत्तेजना
Rydberg परमाणुओं पर बहुत प्रारंभिक प्रयोगात्मक कार्य भू-राज्य परमाणुओं पर तेजी से इलेक्ट्रॉनों की घटना के कोलिमेटेड बीम के उपयोग पर निर्भर थे। बेलोचदार प्रकीर्णन प्रक्रियाएं इलेक्ट्रॉन गतिज ऊर्जा का उपयोग परमाणुओं की आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाने के लिए कर सकती हैं, जो विभिन्न राज्यों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए रोमांचक है, जिसमें कई उच्च-झूठ वाले रिडबर्ग राज्य शामिल हैं,


 * $$ e^- + A \rarr A^* + e^- $$.

क्योंकि इलेक्ट्रॉन अपनी प्रारंभिक गतिज ऊर्जा की किसी भी मनमानी मात्रा को बनाए रख सकता है, इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप विभिन्न ऊर्जाओं का व्यापक प्रसार होता है।

प्रभार विनिमय उत्तेजना
प्रारंभिक Rydberg परमाणु प्रयोगों का एक अन्य मुख्य आधार आयनों के एक बीम और अन्य प्रजातियों के तटस्थ परमाणुओं की आबादी के बीच आवेश विनिमय पर निर्भर करता है, जिसके परिणामस्वरूप अत्यधिक उत्तेजित परमाणुओं के एक बीम का निर्माण होता है,
 * $$ A^+ + B \rarr A^* + B^+ $$.

दोबारा, क्योंकि बातचीत की गतिशील ऊर्जा घटकों की अंतिम आंतरिक ऊर्जा में योगदान दे सकती है, यह तकनीक ऊर्जा स्तरों की एक विस्तृत श्रृंखला को पॉप्युलेट करती है।

ऑप्टिकल उत्तेजना
1970 के दशक में ट्यून करने योग्य डाई लेज़रों के आगमन ने उत्साहित परमाणुओं की आबादी पर बहुत अधिक नियंत्रण की अनुमति दी। ऑप्टिकल उत्तेजना में, घटना फोटॉन को लक्ष्य परमाणु द्वारा अवशोषित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक सटीक अंतिम स्थिति ऊर्जा होती है। Rydberg परमाणुओं की एकल अवस्था, मोनो-ऊर्जावान आबादी के उत्पादन की समस्या इस प्रकार लेजर आउटपुट की आवृत्ति को ठीक से नियंत्रित करने की कुछ सरल समस्या बन जाती है,


 * $$ A + \gamma \rarr A^*$$.

प्रत्यक्ष ऑप्टिकल उत्तेजना का यह रूप आम तौर पर क्षार धातुओं के साथ प्रयोगों तक सीमित है, क्योंकि अन्य प्रजातियों में जमीनी स्थिति बाध्यकारी ऊर्जा आम तौर पर अधिकांश लेजर प्रणालियों के साथ सुलभ होने के लिए बहुत अधिक है।

एक बड़े वैलेंस इलेक्ट्रॉन बंधन ऊर्जा (एक बड़ी पहली आयनीकरण ऊर्जा के बराबर) वाले परमाणुओं के लिए, Rydberg श्रृंखला के उत्तेजित राज्य पारंपरिक लेजर सिस्टम के साथ दुर्गम हैं। प्रारंभिक संपार्श्विक उत्तेजना ऊर्जा की कमी को पूरा कर सकती है जिससे अंतिम स्थिति का चयन करने के लिए ऑप्टिकल उत्तेजना का उपयोग किया जा सके। यद्यपि प्रारंभिक चरण मध्यवर्ती राज्यों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए उत्साहित करता है, ऑप्टिकल उत्तेजना प्रक्रिया में निहित सटीकता का मतलब है कि लेजर प्रकाश केवल एक विशेष राज्य में परमाणुओं के एक विशिष्ट उपसमुच्चय के साथ बातचीत करता है, जो चुने हुए अंतिम राज्य के लिए रोमांचक है।

हाइड्रोजेनिक क्षमता
रिडबर्ग राज्यों में एक परमाणु में आयन कोर से दूर एक बड़ी कक्षा में वैलेंस शेल इलेक्ट्रॉन होता है; इस तरह की कक्षा में, सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन को लगभग हाइड्रोजन जैसा परमाणु, कूलम्ब संभावित कुआँ, यू महसूस होता हैC परमाणु संख्या प्रोटॉन के साथ एक परमाणु नाभिक और Z-1 इलेक्ट्रॉनों से भरे निचले इलेक्ट्रॉन के गोले से युक्त एक कॉम्पैक्ट आयन कोर से। गोलाकार रूप से सममित कूलम्ब क्षमता में एक इलेक्ट्रॉन में संभावित ऊर्जा होती है:


 * $$U_\text{C} = -\dfrac{e^2}{4\pi\varepsilon_0r}$$.

हाइड्रोजन क्षमता के लिए बाहरी इलेक्ट्रॉन द्वारा देखी गई प्रभावी क्षमता की समानता Rydberg राज्यों की एक परिभाषित विशेषता है और बताती है कि इलेक्ट्रॉन तरंग पत्राचार सिद्धांत की सीमा में शास्त्रीय कक्षाओं के अनुमानित क्यों हैं। दूसरे शब्दों में, इलेक्ट्रॉन की कक्षा सौर मंडल के अंदर ग्रहों की कक्षा के समान होती है, जैसा कि अप्रचलित लेकिन नेत्रहीन उपयोगी बोह्र मॉडल और परमाणु के रदरफोर्ड मॉडल मॉडल में देखा गया था।

तीन उल्लेखनीय अपवाद हैं जिन्हें संभावित ऊर्जा में जोड़े गए अतिरिक्त शब्द द्वारा वर्णित किया जा सकता है:


 * तुलनीय कक्षीय त्रिज्या के साथ एक परमाणु में अत्यधिक उत्तेजित अवस्था में दो (या अधिक) इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं। इस मामले में, इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन इंटरैक्शन हाइड्रोजन क्षमता से महत्वपूर्ण विचलन को जन्म देता है। एक बहु रिडबर्ग राज्य में एक परमाणु के लिए, अतिरिक्त शब्द, यूee, अत्यधिक उत्साहित इलेक्ट्रॉनों की प्रत्येक जोड़ी का योग शामिल है:


 * $$U_{ee} = \dfrac{e^2}{4\pi\varepsilon_0}\sum_{i < j}\dfrac{1}{|\mathbf{r}_i - \mathbf{r}_j|}$$.


 * यदि संयोजी इलेक्ट्रॉन का कोणीय संवेग बहुत कम है (अत्यंत उत्केन्द्रता (गणित) अण्डाकार कक्षा के रूप में शास्त्रीय रूप से व्याख्या की गई है), तो यह आयन कोर को ध्रुवीकृत करने के लिए पर्याप्त रूप से पास हो सकता है, जिससे 1/r वृद्धि होती है4 संभावित में कोर ध्रुवीकरण शब्द। ध्रुवीकरणीय विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण और इसे उत्पन्न करने वाले आवेश के बीच अन्योन्यक्रिया हमेशा आकर्षक होती है इसलिए यह योगदान हमेशा ऋणात्मक होता है,


 * $$U_\text{pol} = -\dfrac{e^2\alpha_\text{d}}{(4\pi\varepsilon_0)^2r^4}$$,


 * जहां αd द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण है। चित्र 3 दिखाता है कि कैसे ध्रुवीकरण शब्द नाभिक के निकट संभावित को संशोधित करता है।


 * यदि बाहरी इलेक्ट्रॉन आंतरिक इलेक्ट्रॉन के गोले में प्रवेश करता है, तो वह नाभिक के आवेश को अधिक "देखेगा" और इसलिए अधिक बल का अनुभव करेगा। सामान्य तौर पर, संभावित ऊर्जा में संशोधन की गणना करना आसान नहीं है और यह आयन कोर की ज्यामिति के ज्ञान पर आधारित होना चाहिए।

क्वांटम-मैकेनिकल विवरण
क्वांटम-यांत्रिक रूप से, असामान्य रूप से उच्च n वाला एक राज्य एक परमाणु को संदर्भित करता है जिसमें वैलेंस इलेक्ट्रॉन (ओं) को उच्च ऊर्जा और कम बाध्यकारी ऊर्जा के साथ पूर्व में अलोकप्रिय परमाणु कक्षीय में उत्तेजित किया गया है। हाइड्रोजन में बाध्यकारी ऊर्जा किसके द्वारा दी जाती है:


 * $$ E_\text{B} = -\frac{\rm Ry}{n^2}$$,

जहाँ Ry = 13.6 यह इलेक्ट्रॉनिक था  Rydberg नियतांक है। एन के उच्च मूल्यों पर कम बाध्यकारी ऊर्जा बताती है कि रिडबर्ग राज्य आयनीकरण के लिए अतिसंवेदनशील क्यों हैं।

रिडबर्ग राज्य के लिए संभावित ऊर्जा अभिव्यक्ति में अतिरिक्त शर्तें, हाइड्रोजनिक कूलम्ब संभावित ऊर्जा के शीर्ष पर क्वांटम दोष की शुरूआत की आवश्यकता होती है, डीlबाध्यकारी ऊर्जा के लिए अभिव्यक्ति में:


 * $$E_\text{B} = -\frac{\rm Ry}{(n-\delta_l)^2}$$.

इलेक्ट्रॉन तरंग कार्य
उच्च कक्षीय कोणीय गति वाले रिडबर्ग राज्यों के लंबे जीवनकाल को वेवफंक्शन के अतिव्यापीकरण के संदर्भ में समझाया जा सकता है। एक उच्च एल अवस्था (उच्च कोणीय गति, "परिपत्र कक्षा") में एक इलेक्ट्रॉन की तरंग का आंतरिक इलेक्ट्रॉनों के तरंग कार्यों के साथ बहुत कम ओवरलैप होता है और इसलिए अपेक्षाकृत अपरिवर्तित रहता है।

हाइड्रोजनिक क्षमता वाले परमाणु के रूप में रिडबर्ग परमाणु की परिभाषा के तीन अपवादों में एक वैकल्पिक, क्वांटम यांत्रिक विवरण है जिसे परमाणु हैमिल्टनियन (क्वांटम यांत्रिकी) में अतिरिक्त शब्द (ओं) द्वारा वर्णित किया जा सकता है:


 * यदि एक दूसरा इलेक्ट्रॉन n अवस्था में उत्तेजित होता हैi, बाहरी इलेक्ट्रॉन n की स्थिति के करीबo, तो इसका वेवफंक्शन लगभग पहले (एक डबल रिडबर्ग स्टेट) जितना बड़ा हो जाता है। यह एन के रूप में होता हैiएन तक पहुँचता हैoऔर एक ऐसी स्थिति की ओर ले जाता है जहां दो इलेक्ट्रॉन कक्षाओं का आकार संबंधित होता है; एक स्थिति जिसे कभी-कभी रेडियल सहसंबंध कहा जाता है। एक इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण शब्द को परमाणु हैमिल्टन में शामिल किया जाना चाहिए।
 * आयन कोर का ध्रुवीकरण एक एनिसोट्रॉपिक क्षमता पैदा करता है जो दो सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉनों की गति के बीच एक कोणीय सहसंबंध का कारण बनता है। गैर-गोलाकार सममित क्षमता के कारण इसे ज्वारीय लॉकिंग प्रभाव के रूप में माना जा सकता है। परमाणु हैमिल्टनियन में एक कोर ध्रुवीकरण शब्द शामिल होना चाहिए।
 * कम कक्षीय कोणीय संवेग l वाले राज्यों में बाहरी इलेक्ट्रॉन की तरंग क्रिया समय-समय पर आंतरिक इलेक्ट्रॉनों के गोले के भीतर स्थानीयकृत होती है और नाभिक के पूर्ण आवेश के साथ परस्पर क्रिया करती है। चित्र 4 एक पुराने क्वांटम सिद्धांत को दर्शाता है | एक इलेक्ट्रॉन कक्षीय में कोणीय गति की अर्ध-शास्त्रीय व्याख्या, यह दर्शाता है कि निम्न-''l' अवस्थाएँ नाभिक के करीब से गुजरती हैं जो संभावित रूप से आयन कोर को भेदती हैं। परमाणु हैमिल्टनियन में एक कोर पैठ शब्द जोड़ा जाना चाहिए।

बाहरी क्षेत्रों में
रिडबर्ग परमाणु में इलेक्ट्रॉन और आयन-कोर के बीच बड़ा अलगाव एक बहुत बड़ा विद्युत द्विध्रुवीय क्षण, डी संभव बनाता है। एक विद्युत क्षेत्र में एक विद्युत द्विध्रुव की उपस्थिति से जुड़ी एक ऊर्जा है, F, जिसे परमाणु भौतिकी में स्टार्क प्रभाव के रूप में जाना जाता है,


 * $$E_\text{S} = -\mathbf{d}\cdot\mathbf{F}.$$

स्थानीय विद्युत क्षेत्र वेक्टर पर द्विध्रुवीय क्षण के प्रक्षेपण के संकेत के आधार पर, एक राज्य में ऊर्जा हो सकती है जो क्षेत्र की ताकत (क्रमशः निम्न-क्षेत्र और उच्च-क्षेत्र की मांग करने वाले राज्यों) के साथ बढ़ती या घटती है। रिडबर्ग श्रृंखला में आसन्न एन-स्तरों के बीच संकीर्ण रिक्ति का मतलब है कि राज्य अपेक्षाकृत मामूली क्षेत्र की ताकत के लिए भी डीजेनरेट ऊर्जा स्तर तक पहुंच सकते हैं। इंग्लिस-टेलर समीकरण | इंग्लिस-टेलर सीमा द्वारा सैद्धांतिक क्षेत्र की ताकत जिस पर राज्यों के बीच कोई युग्मन नहीं माना जाता है, एक क्रॉसिंग होगा।
 * $$F_\text{IT} = \dfrac{e}{12\pi\varepsilon_0a_0^2n^5}.$$

हाइड्रोजन परमाणु में, शुद्ध 1/r कूलम्ब विभव निकटवर्ती n-कई गुनाओं से स्टार्क अवस्थाओं को युगल नहीं करता है, जिसके परिणामस्वरूप वास्तविक क्रॉसिंग होती है, जैसा कि 'चित्र 5' में दिखाया गया है। संभावित ऊर्जा में अतिरिक्त शर्तों की उपस्थिति युग्मन को जन्म दे सकती है जिसके परिणामस्वरूप क्रॉसिंग से बचा जा सकता है जैसा कि 'चित्र 6' में लिथियम के लिए दिखाया गया है।

फंसे रिडबर्ग परमाणुओं का सटीक माप
मेटास्टेबल राज्यों में जमीनी अवस्था में परमाणुओं के विकिरण संबंधी क्षय जीवनकाल मानक मॉडल के खगोल भौतिकी टिप्पणियों और परीक्षणों को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं।

प्रतिचुंबकीय प्रभावों की जांच
Rydberg परमाणुओं के बड़े आकार और कम बाध्यकारी ऊर्जा से उच्च चुंबकीय संवेदनशीलता होती है, $$\chi$$. प्रतिचुंबकीय प्रभाव के रूप में कक्षा के क्षेत्र के साथ पैमाने और क्षेत्र त्रिज्या के वर्ग के समानुपाती होता है (A ∝ n4), जमीनी अवस्था के परमाणुओं में पता लगाने में असंभव प्रभाव Rydberg परमाणुओं में स्पष्ट हो जाते हैं, जो बहुत बड़े प्रतिचुम्बकीय बदलावों को प्रदर्शित करते हैं। Rydberg परमाणु विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों में परमाणुओं के मजबूत विद्युत-द्विध्रुवीय युग्मन का प्रदर्शन करते हैं और इसका उपयोग रेडियो संचार का पता लगाने के लिए किया जाता है।

प्लाज़्मा में
Rydberg परमाणु आमतौर पर प्लाज्मा (भौतिकी) में इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक आयनों के पुनर्संयोजन के कारण बनते हैं; कम ऊर्जा पुनर्संयोजन का परिणाम काफी स्थिर Rydberg परमाणुओं में होता है, जबकि उच्च गतिज ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक आयनों का पुनर्संयोजन अक्सर Ionization संभावित Rydberg राज्यों का निर्माण करता है। Rydberg परमाणुओं के बड़े आकार और बिजली और चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा गड़बड़ी और आयनीकरण की संवेदनशीलता, प्लाज़्मा के गुणों का निर्धारण करने वाले एक महत्वपूर्ण कारक हैं। Rydberg परमाणुओं के संघनन से Rydberg पदार्थ बनता है, जो अक्सर लंबे समय तक रहने वाले समूहों के रूप में देखा जाता है। सामूहिक वैलेंस इलेक्ट्रॉनों द्वारा संघनन पर गठित गैर-समान इलेक्ट्रॉन तरल में विनिमय-सहसंबंध प्रभाव द्वारा रिडबर्ग मामले में डी-उत्तेजना काफी बाधित होती है, जो क्लस्टर के विस्तारित जीवनकाल का कारण बनती है।

खगोल भौतिकी में
यह सुझाव दिया गया है रिडबर्ग परमाणु इंटरस्टेलर स्पेस में आम हैं और इन्हें पृथ्वी से देखा जा सकता है। चूंकि इंटरस्टेलर गैस बादलों के भीतर घनत्व पृथ्वी पर प्राप्त होने वाले सर्वोत्तम प्रयोगशाला रिक्तियों की तुलना में कम परिमाण के कई आदेश हैं, इसलिए Rydberg राज्य टकरावों से नष्ट हुए बिना लंबे समय तक बने रह सकते हैं।

मजबूत इंटरेक्टिंग सिस्टम
उनके बड़े आकार के कारण, Rydberg परमाणु बहुत बड़े विद्युत द्विध्रुवीय क्षणों को प्रदर्शित कर सकते हैं। क्षोभ सिद्धांत (क्वांटम यांत्रिकी) का उपयोग करने वाली गणना दर्शाती है कि इसके परिणामस्वरूप दो करीबी Rydberg परमाणुओं के बीच मजबूत अंतःक्रिया होती है। उनके अपेक्षाकृत लंबे जीवनकाल के साथ संयुक्त रूप से इन अंतःक्रियाओं का सुसंगत नियंत्रण उन्हें एक कंप्यूटर जितना  का एहसास करने के लिए उपयुक्त उम्मीदवार बनाता है। 2010 में प्रयोगात्मक रूप से दो-क्विबिट क्वांटम गेट हासिल किए गए थे।  Rydberg परमाणुओं पर जोरदार बातचीत करने से क्वांटम महत्वपूर्ण बिंदु व्यवहार भी होता है, जो उन्हें अपने दम पर अध्ययन करने के लिए दिलचस्प बनाता है।

वर्तमान अनुसंधान निर्देश
2000 के Rydberg परमाणु अनुसंधान के बाद से मोटे तौर पर पाँच दिशाएँ शामिल हैं: संवेदन, क्वांटम प्रकाशिकी,     क्वांटम संगणना,    एक ढोंग जितना  और क्वांटम मायने रखता है।  Rydberg परमाणु राज्यों के बीच उच्च विद्युत द्विध्रुवीय क्षणों का उपयोग रेडियो आवृत्ति और टेराहर्ट्ज़ विकिरण संवेदन और इमेजिंग के लिए किया जाता है,  क्वांटम गैर-विध्वंस माप सहित | व्यक्तिगत माइक्रोवेव फोटॉनों के गैर-विध्वंस माप। विद्युत चुम्बकीय रूप से प्रेरित पारदर्शिता का उपयोग Rydberg राज्य में उत्साहित दो परमाणुओं के बीच मजबूत बातचीत के साथ संयोजन में किया गया था ताकि ऐसा माध्यम प्रदान किया जा सके जो व्यक्तिगत ऑप्टिकल फोटॉनों के स्तर पर दृढ़ता से अरैखिक व्यवहार प्रदर्शित करता है।  Rydberg राज्यों के बीच ट्यून करने योग्य बातचीत, पहले क्वांटम सिमुलेशन प्रयोगों को भी सक्षम करती है। अक्टूबर 2018 में, संयुक्त राज्य सेना अनुसंधान प्रयोगशाला  ने Rydberg परमाणुओं का उपयोग करके एक सुपर वाइडबैंड रेडियो रिसीवर विकसित करने के प्रयासों पर सार्वजनिक रूप से चर्चा की। मार्च 2020 में, प्रयोगशाला ने घोषणा की कि उसके वैज्ञानिकों ने विश्लेषण किया है Rydberg सेंसर की 0 से 10 तक आवृत्तियों की एक विशाल श्रृंखला पर विद्युत क्षेत्रों को दोलन करने की संवेदनशीलता12 हर्ट्ज (स्पेक्ट्रम से 0.3 मिमी तरंग दैर्ध्य)। Rydberg सेंसर पूरे स्पेक्ट्रम पर संकेतों का मज़बूती से पता लगा सकता है और अन्य स्थापित इलेक्ट्रिक फील्ड सेंसर तकनीकों, जैसे इलेक्ट्रो-ऑप्टिक क्रिस्टल और द्विध्रुवीय एंटीना-युग्मित निष्क्रिय इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ अनुकूल तुलना कर सकता है।

शास्त्रीय अनुकरण


Rydberg plot with electric field.pngएक बंद ग्रहीय कक्षा में एक साधारण 1/r संभावित परिणाम। एक बाहरी विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में Rydberg परमाणु बहुत बड़े विद्युत द्विध्रुवीय क्षण प्राप्त कर सकते हैं जिससे वे क्षेत्र द्वारा गड़बड़ी के लिए अतिसंवेदनशील हो जाते हैं। 'चित्र 7' दिखाता है कि कैसे एक बाहरी विद्युत क्षेत्र (परमाणु भौतिकी में स्टार्क प्रभाव क्षेत्र के रूप में जाना जाता है) के अनुप्रयोग से क्षमता की ज्यामिति बदल जाती है, नाटकीय रूप से इलेक्ट्रॉन का व्यवहार बदल जाता है। एक कूलम्बिक क्षमता किसी भी टोक़ को लागू नहीं करती है क्योंकि बल हमेशा स्थिति सदिश के समानांतर (गणित) होता है (हमेशा इलेक्ट्रॉन और नाभिक के बीच चलने वाली रेखा के साथ इंगित करता है):


 * $$|\mathbf{\tau}|=|\mathbf{r} \times \mathbf{F}|=|\mathbf{r}||\mathbf{F}|\sin\theta $$,


 * $$\theta=\pi \Rightarrow \mathbf{\tau}=0 $$.

एक स्थिर विद्युत क्षेत्र के अनुप्रयोग के साथ, इलेक्ट्रॉन एक निरंतर बदलते टोक़ को महसूस करता है। परिणामी प्रक्षेपवक्र समय के साथ उत्तरोत्तर अधिक विकृत होता जाता है, अंततः L = L से कोणीय गति की पूरी श्रृंखला से गुजरता हैMAX, एक सीधी रेखा के लिए L=0, विपरीत अर्थ में प्रारंभिक कक्षा में एल = -एलMAX. कोणीय गति में दोलन की समय अवधि (चित्र 8 में प्रक्षेपवक्र को पूरा करने का समय), रिडबर्ग परमाणु की शास्त्रीय प्रकृति का प्रदर्शन करते हुए, वेवफंक्शन के लिए अपनी प्रारंभिक अवस्था में लौटने के लिए क्वांटम यांत्रिक रूप से अनुमानित अवधि से लगभग सटीक रूप से मेल खाता है।

यह भी देखें

 * भारी रिडबर्ग प्रणाली
 * पुराना क्वांटम सिद्धांत
 * क्वांटम अराजकता
 * रिडबर्ग अणु
 * रिडबर्ग पोलरॉन