（文章來源：科技報告與資訊）

多年來，科學(xué)家一直在尋找將分子冷卻至超低溫度的方法，此時分子運動緩慢，從而使科學(xué)家能夠精確控制其量子行為。這可能使研究人員能夠?qū)⒎肿佑米鲝?fù)雜的位進行量子計算，從而像微小的旋鈕一樣調(diào)節(jié)單個分子，一次執(zhí)行多個計算流。

盡管科學(xué)家已經(jīng)實現(xiàn)了過冷原子，但對行為和結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的分子來說，這是更大的挑戰(zhàn)。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家已經(jīng)找到了一種方法，可以將鈉鋰分子冷卻到開爾文的2000億分之一，僅比絕對零度高一點。他們通過應(yīng)用一種稱為碰撞冷卻的技術(shù)來做到這一點，在該技術(shù)中，他們將鈉鋰分子浸入鈉原子甚至更冷的云中。所述超冷原子充當(dāng)更進一步冷卻分子的制冷劑。

碰撞冷卻是用于使用其他較冷原子冷卻原子的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。十多年來，研究人員試圖通過碰撞冷卻來實現(xiàn)不同分子的過冷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)分子與原子碰撞時，它們交換能量的方式是使分子在此過程中被加熱或破壞。這是“不良”的碰撞。

在他們自己的實驗中，麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，如果讓鈉鋰分子和鈉原子以相同的方式旋轉(zhuǎn)，它們可以避免自毀，而發(fā)生“良好”的碰撞，使原子以熱的形式帶走分子能量。該團隊使用精確的磁場控制和復(fù)雜的激光系統(tǒng)來編排分子的自旋和旋轉(zhuǎn)運動。結(jié)果，原子-分子混合物具有較高的“良好”碰撞比率，并從2微開爾文冷卻到220納米開爾文。

“碰撞冷卻一直是冷卻原子的主力軍，”麻省理工學(xué)院John D. Arthur教授說，“我不敢相信我們的方案會奏效，但是由于我們不確定，我們必須嘗試一下。我們現(xiàn)在知道它可以冷卻鈉鋰分子。它是否適用于其他種類的分子仍然待觀察。”

他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《Nature》雜志上，標(biāo)志著研究人員首次成功地使用碰撞冷卻將分子冷卻至納米開爾文溫度。

過去，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們試圖通過用更冷的原子包圍分子將分子冷卻至超冷溫度時，粒子發(fā)生碰撞，從而使原子賦予了分子更多的能量或旋轉(zhuǎn)，使它們飛離陷阱，或者通過化學(xué)反應(yīng)一起自我毀滅。麻省理工學(xué)院的研究人員想知道，具有相同自旋的分子和原子是否可以避免這種影響，并因此保持超冷和穩(wěn)定。他們希望用鈉鋰來測試他們的想法，鈉鋰是Ketterle小組定期進行實驗的一種“ diadiamic”分子，由一個鋰和一個鈉原子組成。

Jamison說：“鈉鋰分子與人們嘗試過的其他分子有很大的不同。許多人認為這些差異將使冷卻工作的可能性降低。但是，我們感到這些差異可能是一種優(yōu)勢，而不是有害。”研究人員對一個由20多個激光束和各種磁場組成的系統(tǒng)進行了微調(diào)，以在真空室內(nèi)將鈉和鋰的原子俘獲并冷卻，冷卻至大約2微開爾文，這一溫度對于其結(jié)合成鈉鋰分子是最優(yōu)的。

一旦研究人員能夠產(chǎn)生足夠的分子，他們就會發(fā)出特定頻率和偏振的激光束，以控制分子的量子態(tài)，并仔細調(diào)諧微波場，使原子以與分子相同的方式旋轉(zhuǎn)。Jamison說：“然后，我們使冰箱變得越來越冷。”他指的是圍繞新形成的分子云的原子。“我們降低了捕獲激光器的功率，使光阱變得越來越松散，這使原子的溫度下降，并使分子進一步冷卻至2000億分之一開爾文。”

該小組觀察到這些分子能夠在這些超冷溫度下停留長達一秒鐘。Ketterle說：“在我們這個世界上，一秒鐘很長。您想要對這些分子進行的工作是量子計算和探索新材料，所有這些都可以在不到一秒鐘的時間內(nèi)完成。”

如果研究小組能使鈉鋰分子的溫度比已達到的溫度低五倍，那么它們將達到所謂的量子簡并狀態(tài)，其中單個分子變得難以區(qū)分，并且其集體行為受量子力學(xué)控制。Jamison和他的同事對如何實現(xiàn)此目標(biāo)有一些想法，這將涉及數(shù)月的工作來優(yōu)化其設(shè)置，以及購買新的激光器以集成到其設(shè)置中。

Jamison說：“我們的工作將引起我們社區(qū)的討論，為什么碰撞冷卻對我們有用，而不對其他人有用。也許我們很快就會預(yù)測到如何以這種方式冷卻其他分子。”
（責(zé)任編輯：fqj）