新的「製冷劑」將分子過冷至納氏溫度

多年來，科學家一直在尋找將分子冷卻至超冷溫度的方法，此時分子應緩慢爬行，從而使科學家能夠精確控制其量子行為。這可能使研究人員能夠將分子用作複雜的位進行量子計算，從而像微小的旋鈕一樣調節單個分子，一次執行多個計算流。

儘管科學家擁有過冷的Atom，但對行為和結構更複雜的分子也是如此，事實證明這是更大的挑戰。

現在，麻省理工學院的物理學家已經找到了一種方法，可以將鈉鋰分子冷卻到開爾文的2000億分之一，僅比絕對零高一點。他們通過應用一種稱為碰撞冷卻的技術來做到這一點，在該技術中，他們將冷鈉鋰分子浸入了鈉Atom甚至更冷的雲中。超冷Atom充當製冷劑以進一步冷卻分子。

碰撞冷卻是用於使用其他較冷Atom冷卻Atom的標準技術。十多年來，研究人員試圖通過碰撞冷卻使許多不同的分子過冷，卻發現當分子與Atom碰撞時，它們交易所能量的方式是使分子在此過程中被加熱或破壞。 「不良」碰撞。

麻省理工學院的研究人員在他們自己的實驗中發現，如果使鈉鋰分子和鈉Atom以相同的方式旋轉，它們可以避免自毀，而發生「良好」碰撞，其中Atom奪走了分子的能量，以熱的形式。該團隊使用精確的磁場控制和複雜的激光系統來編排分子的自旋和旋轉運動。結果，Atom-分子混合物具有高的好壞碰撞比率，並從2微開爾文冷卻到220Nano開爾文。

「碰撞冷卻一直是冷卻Atom的主要動力，」麻省理工學院約翰·阿瑟物理學教授諾貝爾獎獲得者沃爾夫岡·凱特爾補充道。 「我不敢相信我們的方案會奏效，但是由於我們不確定，我們不得不嘗試一下。我們現在知道它可以冷卻鈉鋰分子。它是否適用於其他種類的分子仍然存在待觀察。」

他們的發現發表在《自然》雜誌上，標誌著研究人員首次成功地使用碰撞冷卻將分子冷卻至Nano開爾文溫度。

凱特爾在論文的共同作者是哈佛大學物理系研究生的Hyungmok Son，麻省理工學院物理研究生朱莉安娜·帕克（Juliana Park）和滑鐵盧大學物理教授，麻省理工學院研究實驗室的訪問科學家艾倫·賈米森（Alan Jamison）電子學。

達到超低溫

過去，科學家發現，當他們試圖通過用更冷的Atom包圍分子以將分子冷卻至超冷溫度時，粒子發生碰撞，從而使Atom賦予了分子更多的能量或旋轉，使它們飛離陷阱，或者通過化學反應一起自我毀滅。麻省理工學院的研究人員想知道，具有相同自旋的分子和Atom是否可以避免這種影響，並因此保持超冷和穩定。他們希望用鋰鋰來測試他們的想法，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Atom組成。

賈米森說：「鈉鋰分子與人們嘗試過的其他分子有很大的不同。」 「許多人期望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進行了微調，以在真空室內將鈉和鋰的Atom俘獲並冷卻，冷卻至大約2微開爾文。作為鈉鋰分子。

一旦研究人員能夠產生足夠的分子，他們就會發出特定頻率和偏振的激光束，以控制分子的量子態，並仔細調諧微波場，使Atom以與分子相同的方式旋轉。 Son說：「然後，我們使冰箱變得越來越冷。」他指的是圍繞新形成的分子雲的鈉Atom。 「我們降低了捕獲激光器的功率，使光阱變得越來越鬆散，這使鈉Atom的溫度下跌，並使分子進一步冷卻至開爾文的千分之二千。」

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。凱特勒說：「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完成。」

如果研究小組能夠使鈉鋰分子的溫度降低到目前為止的溫度的五倍，那麼它們將達到所謂的量子簡併狀態，其中單個分子變得難以區分，並且其集體行為由量子力學控制。 Son和他的同事對如何實現此目標有一些想法，這將涉及數月的工作來優化其設置，以及購買新的激光器以集成到其設置中。

Son說：「我們的工作將引起我們社區的討論，為什麼碰撞冷卻對我們有用，而對其他人卻不起作用。」也許我們很快就會預測到如何以這種方式冷卻其他分子。

有所作為：贊助機會

故事來源：

用料 由…提供 麻省理工學院。詹妮弗·朱（Jennifer Chu）撰寫的原著。注意：可以編輯內容的樣式和長度。