哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院超冷原子中心的科學(xué)家，開發(fā)出一種極性自由基氫氧化鈣(CaOH)的一維(1-D)磁光陷阱(MOT)，其新研究技術(shù)發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》期刊上，這項(xiàng)技術(shù)通過使用輻射激光冷卻技術(shù)冷卻CaOH來實(shí)現(xiàn)。

開展這項(xiàng)研究的研究人員之一路易斯·鮑姆(Louis Baum)說：冷分子是極其復(fù)雜的系統(tǒng)，可以成為強(qiáng)大的測量工具。

在標(biāo)準(zhǔn)模型之外尋找新的物理，或者是構(gòu)建復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，以構(gòu)建新量子系統(tǒng)并模擬它們的行為。在低溫下，甚至能夠完全操縱單個(gè)分子，控制它們?nèi)绾闻c環(huán)境和彼此相互作用。受冷分子揭示新物理機(jī)制的潛力啟發(fā)，研究人員開始研究當(dāng)冷卻技術(shù)應(yīng)用于其他化合物或化學(xué)物種時(shí)會(huì)發(fā)生什么。雖然有幾種產(chǎn)生冷分子的方法，鮑姆和同事們使用了直接激光冷卻，這在過去十年里被證明是特別有效的。

隨著控制雙原子分子能力的增強(qiáng)，研究人員很想將同樣適用于簡單分子的激光冷卻技術(shù)擴(kuò)展到更大、更具化學(xué)多樣性的物質(zhì)。即使從雙原子分子變成像CaOH這樣的三原子分子，也大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，但也帶來了新的有趣自由度，可以利用這些新的自由度，進(jìn)行一些令人興奮的實(shí)驗(yàn)。在新實(shí)驗(yàn)中，研究人員能夠通過觀察分子束寬度的微小變化來演示一維MOT，分子束的寬度與他們使用的分子的橫向溫度相對(duì)應(yīng)。

MOT本質(zhì)上是通過重復(fù)散射光子來工作的，然后這些散射光子中的每一個(gè)，都會(huì)向囚禁在陷阱內(nèi)的分子傳遞一股小小的動(dòng)量。通過磁場和偏振激光的精心組合，可以控制哪些分子會(huì)受到這些打擊。當(dāng)瞄準(zhǔn)最快的分子和陷阱外部附近的分子時(shí)，該系統(tǒng)既提供冷卻又提供陷阱。然而，在分子中，同樣的內(nèi)部復(fù)雜性使它們變得有趣，使得散射大量光子變得困難。到目前為止，大量光子通過復(fù)雜分子的散射，被證明是非常具有挑戰(zhàn)性的。

這主要是因?yàn)楫?dāng)分子散射光子時(shí)，它們會(huì)衰變到激發(fā)的振動(dòng)狀態(tài)，這是激光無法解決的問題。這最終可能導(dǎo)致分子在陷阱內(nèi)丟失。新研究實(shí)現(xiàn)的一維MOT彌補(bǔ)了這種不良影響，因此，研究人員提供了第一批通過散射數(shù)百個(gè)光子來操縱分子的具體例子之一。研究不僅證明了以前開發(fā)的技術(shù)，可以應(yīng)用于多原子系統(tǒng)的原理，而且還表明：發(fā)現(xiàn)了一類分子，盡管它們的內(nèi)部復(fù)雜性，可以散射超過2000個(gè)光子。

此外，知道分子處于哪種振動(dòng)狀態(tài)，所以可以恢復(fù)它們。僅僅通過使用一些額外的激光，預(yù)計(jì)該方法應(yīng)該能夠散射超過10000個(gè)光子。這意味著在未來的實(shí)驗(yàn)中，該新方法也有可能擴(kuò)大到涵蓋所有三個(gè)維度。大約十年前，物理學(xué)家認(rèn)為直接激光冷卻多原子分子是不可行的，新研究增加了一系列證據(jù)，表明冷卻這些復(fù)雜分子實(shí)際上是可能的。研究人員即將到來的進(jìn)展，將為探索物理學(xué)和量子化學(xué)前沿提供一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

人們可以想象將單個(gè)分子加載到光鑷子中，并為量子模擬或計(jì)算建立新的平臺(tái)。在接下來的研究中，研究人員還想研究基本的碰撞過程：當(dāng)兩個(gè)分子碰撞時(shí)，量子水平上會(huì)發(fā)生什么，這一點(diǎn)仍然知之甚少。碰撞研究最終可能為蒸發(fā)冷卻技術(shù)的發(fā)展鋪平道路，這可能會(huì)使更極端的冷卻成為可能，并可能產(chǎn)生一種多原子分子的簡并量子氣體。研究團(tuán)隊(duì)還完成了一些工作，將激光冷卻擴(kuò)展到更大的一甲基氧化鈣(CaOCH3)，這表明該技術(shù)可以推廣到與化學(xué)甚至生物相關(guān)的分子。

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參考期刊《物理評(píng)論快報(bào)》

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