冷原子物理領(lǐng)域徹底改變了我們對(duì)量子力學(xué)的理解，并在精密測(cè)量和量子模擬等領(lǐng)域取得了突破。研究人員正在積極探索操縱和冷卻分子至超冷溫度的技術(shù)。最近發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上的一篇題為“激光冷卻分子在光阱中的高密度負(fù)載和碰撞損失”的研究標(biāo)志著這一追求的重大進(jìn)展。

該研究的核心在于實(shí)現(xiàn)激光冷卻分子的高密度。這是至關(guān)重要的，因?yàn)樗试S研究分子間碰撞，這在達(dá)到量子簡(jiǎn)并狀態(tài)（量子效應(yīng)成為主導(dǎo)的狀態(tài)）中起著至關(guān)重要的作用。作者采用氟化鍶（SrF）分子，它具有豐富的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)程偶極相互作用，是一種有前途的候選者。

該實(shí)驗(yàn)采用了兩級(jí)激光冷卻過程。首先，帶有紅移激光器的磁光阱（MOT）捕獲并冷卻 SrF 分子。隨后，帶有藍(lán)移激光器的 MOT 進(jìn)一步壓縮和冷卻分子，達(dá)到約 40 微開爾文的溫度。這個(gè)階段被稱為亞多普勒冷卻，為將分子加載到主要捕獲機(jī)制——光學(xué)偶極阱 (ODT) 做準(zhǔn)備。

ODT利用精確聚焦的激光束來創(chuàng)造一個(gè)基于永久電偶極矩限制分子的勢(shì)阱。通過仔細(xì)調(diào)整激光頻率，研究人員在陷阱內(nèi)實(shí)現(xiàn)了約3x10^10個(gè)分子/立方厘米的峰值密度。這種密度比以前的實(shí)驗(yàn)有了顯著的改進(jìn)，為詳細(xì)研究分子間的相互作用鋪平了道路。

該研究的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)之一是觀察到陷阱內(nèi)的碰撞損失。隨著被困分子密度的增加，它們之間碰撞的頻率也會(huì)增加。這些碰撞會(huì)導(dǎo)致一些分子逃離陷阱，導(dǎo)致總體數(shù)量減少。研究人員仔細(xì)測(cè)量了這種損失率，發(fā)現(xiàn)它取決于被困分子密度，證實(shí)了雙體損失機(jī)制。

此外，該研究還研究了額外的激光場(chǎng)（稱為 Λ-冷卻光）對(duì)碰撞損失的影響。該光場(chǎng)可以誘導(dǎo) SrF 分子的不同內(nèi)部狀態(tài)之間的躍遷，這可能會(huì)影響碰撞動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明，由于光輔助碰撞，存在額外的損失通道，突出了激光場(chǎng)和分子間相互作用之間的復(fù)雜相互作用。

實(shí)現(xiàn)高密度和觀察碰撞損失是實(shí)現(xiàn)激光冷卻分子的量子簡(jiǎn)并的重要步驟。這項(xiàng)研究為進(jìn)一步探索開辟了令人興奮的途徑。通過優(yōu)化捕獲和冷卻技術(shù)，研究人員有可能達(dá)到更高的密度并探索蒸發(fā)冷卻，這是一種利用選擇性去除高能分子來進(jìn)一步冷卻的技術(shù)。

這項(xiàng)研究對(duì)于冷分子物理的未來具有巨大的潛力。捕獲和研究高密度冷分子的能力為基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域開辟了突破性的研究途徑。它可以促進(jìn)超冷化學(xué)的研究，其中量子效應(yīng)在化學(xué)反應(yīng)中起主導(dǎo)作用。此外，它還可以促進(jìn)新型量子技術(shù)的開發(fā)，包括復(fù)雜分子系統(tǒng)的量子模擬和超精密原子鐘。

總而言之，激光冷卻分子在光阱中的高密度和碰撞損失代表了冷分子物理領(lǐng)域的重要進(jìn)步。成功地捕獲高密度 SrF 分子和觀察到碰撞損失，為冷分子的行為提供了寶貴的見解，并為實(shí)現(xiàn)量子簡(jiǎn)并鋪平了道路。隨著研究的進(jìn)展，操縱和冷卻分子至超冷溫度的能力將繼續(xù)解鎖基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的大量可能性。(www.Ws46.com)