量子力學(xué)的世界充滿了迷人的現(xiàn)象，粒子在這里表現(xiàn)出與宏觀對(duì)應(yīng)物截然不同的行為。其中一種現(xiàn)象是玻色-愛因斯坦凝聚（BEC），即一組玻色子都坍縮到相同的量子態(tài)中，形成具有獨(dú)特性質(zhì)的凝聚體。雖然原子BEC已實(shí)現(xiàn)了幾十年，但最近發(fā)表在《自然》的研究開啟了一個(gè)新篇章：觀察到偶極分子的玻色-愛因斯坦凝聚。

揭示玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)

當(dāng)一組玻色子被冷卻到極低的溫度（接近絕對(duì)零度）時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生BEC。在這些溫度下，玻色子失去了大部分的動(dòng)能，并占據(jù)相同的量子態(tài)，表現(xiàn)出顯著的相干性。這種集體行為導(dǎo)致了零粘度的超流體狀態(tài)，允許流體在沒有摩擦的情況下流動(dòng)。1995年首次觀察到堿金屬原子的 BEC，這是物理學(xué)上的一個(gè)重要里程碑，為Eric Cornell和Carl Wieman獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

BEC已成為研究量子現(xiàn)象的強(qiáng)大工具。它們?cè)试S科學(xué)家探索超流體性，測(cè)試量子力學(xué)的基本方面，并模擬復(fù)雜的多體系統(tǒng)。然而，用分子等更復(fù)雜的粒子實(shí)現(xiàn)BEC會(huì)帶來額外的挑戰(zhàn)。(www.wS46.com)

偶極分子的挑戰(zhàn)

與原子不同，分子具有一種稱為偶極矩的固有性質(zhì)。這源于分子內(nèi)電荷分布不均勻，形成正負(fù)“端”。這些偶極相互作用為系統(tǒng)引入了新的復(fù)雜性。與原子之間的簡(jiǎn)單接觸相互作用不同，偶極分子可以根據(jù)它們的相對(duì)方向相互吸引或排斥。這可能導(dǎo)致分子在碰撞中快速損失，使得難以實(shí)現(xiàn)BEC所需的冷卻。

多年來，研究人員努力克服這些挑戰(zhàn)。像“碰撞屏蔽”這樣的技術(shù)被開發(fā)出來，其中原子的緩沖氣體包圍著偶極分子，吸收碰撞能量并減少分子損失，從而使蒸發(fā)冷卻能夠進(jìn)行到BEC形成的點(diǎn)。

取得突破：偶極分子的 BEC

一項(xiàng)突破性的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期以來的目標(biāo)：觀察到偶極分子的BEC。科學(xué)家們成功地將鈉-銫 (NaCs) 分子集合冷卻到6納開爾文的溫度，超過了 BEC的臨界閾值。

這項(xiàng)成就得益于以下幾個(gè)因素。增強(qiáng)碰撞屏蔽：通過仔細(xì)操縱緩沖氣體，科學(xué)家們顯著減少了 NaCs 分子的二體和三體損失。蒸發(fā)冷卻：該技術(shù)利用激光束從氣體中選擇性地去除最具能量的分子，逐漸冷卻剩余的集合。實(shí)驗(yàn)表明，60%的凝聚分?jǐn)?shù)和6nK溫度的BEC，壽命約為2秒。

揭示量子物質(zhì)的新前沿

這一成就對(duì)量子科學(xué)的未來具有重要意義。由于極性分子之間的獨(dú)特相互作用，偶極分子BEC引入了豐富的可能性。與原子對(duì)應(yīng)物不同，這些相互作用可以調(diào)整和控制，允許科學(xué)家定制凝聚體的特性并探索迷人的現(xiàn)象。例如，這些相互作用的長(zhǎng)程特性可以導(dǎo)致形成奇特的偶極液滴、自組織晶體相甚至偶極自旋液體。

操縱和控制這些偶極分子BEC的能力為量子模擬領(lǐng)域鋪平了道路。通過將偶極分子BEC捕獲在專門設(shè)計(jì)的光學(xué)晶格中，科學(xué)家可以創(chuàng)建具有奇特性質(zhì)的人造晶體，這些性質(zhì)在現(xiàn)實(shí)材料中很難或不可能實(shí)現(xiàn)。這些模擬可以提供對(duì)復(fù)雜現(xiàn)象（如高溫超導(dǎo)性和量子磁性）的寶貴見解。

盡管取得了成功，但仍然存在挑戰(zhàn)。凝聚態(tài)的穩(wěn)定性和壽命是需要進(jìn)一步研究的領(lǐng)域。此外，探索強(qiáng)相關(guān)物質(zhì)相和增加相互作用強(qiáng)度的影響是未來研究的有前景的方向。