リュードベリ原子はその巨大さ故に量子力学的な性質のみならず古典的な性質の両方を兼ね備えるといった特徴を持ちます。これは、リュードべリ原子が量子論と古典論の対応原理を研究する上で格好の対象の一つであることを意味します。図1は原子核（イオン芯）を中心とする円形の軌道上を電子が周回運動する、いわゆるリュードベリ原子波束のスナップショットを示したシミュレーション結果です。これはボーアが前期量子論にて提唱されたボーア原子に相当します。本研究室ではこの種のリュードベリ原子波束を研究対象としています。

リュードべリ原子は、自由な空間に孤立して存在する“単一系”として振舞うのみならず、それを極低温までレーザー冷却することで隣接する原子同士が互いに作用を及ぼしあう“多体系”として振舞う特質があり、この冷却リュードベリ原子は原子分子物理やプラズマ物理と凝縮系物理の架け橋となる“新しいメゾスコピック物質”として注目されています。

この“新物質”には量子コンピュータや量子情報処理、一光子光源等に関わる新しい量子デバイスとしての利用の可能性が示唆されています。今後の展開が大いに期待されるテーマでしょう。図2 は150 μK（マイクロケルビン）程度まで極低温にレーザー冷却されたRb（ルビジウム）リュードベリ原子ガスを生成するための磁気光学トラップと呼ばれる実験装置、図 3 はトラップされた冷却 Rb 原子を“撮影”したものです。

例えばレーザーなどを用いて励起した原子集団中の個々の励起原子が自然放出によって緩和すると、その際に放出された光を介して励起原子集団の一部に巨視的な遷移双極子モーメントが自発的に形成され、その結果コヒーレント高強度パルス光が放出されます（図4）。これは超蛍光（放射）と呼ばれ、輻射（放射）場を介した量子多体現象であり、1954 年にDickeによる論文が発表されてから現在に至るまで長い間研究されて来た背景を持ちます。しかるに近年、超短パルスレーザーが励起光源として利用できる様になった帰結として、ヨーク超蛍光現象と呼ばれる極めて高速且つ非線形な光学現象が新たに見出されました（図4）。