含有三個(gè)原子的分子第一次被激光冷卻到超低溫。這是由美國哈佛大學(xué)的John Doyle和同事們所完成的，他們使用了一種名為Sisyphus的冷卻技術(shù)，冷卻大約一百萬個(gè)氫氧化鍶分子至750μK。該團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)工作為一系列應(yīng)用開辟了道路，包括量子模擬和精密測(cè)量。
快速冷卻
在冷卻過程中攝取的羥基鍶分子圖像。分子密度最高的紅色光斑直徑大約為4mm
用激光將原子氣體冷卻到超低溫，最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代后期，徹底改變了物質(zhì)量子態(tài)的研究。1995年在實(shí)驗(yàn)室制造了首例Bose- Einstein冷凝物， 2003年制造了第一個(gè)Fermi–Dirac冷凝物是這一技術(shù)的兩個(gè)重要里程碑。該技術(shù)依賴于光子攜帶少量動(dòng)量的事實(shí)，并且在某些條件下，原子重吸收和再發(fā)射光子可以減少其隨機(jī)運(yùn)動(dòng)并因此降低其溫度。
自由度
分子的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)自由度讓分子（而不是原子）激光冷卻變得復(fù)雜，這影響了它們吸收和發(fā)射光子。 因此，光子的吸收和發(fā)射可以使分子進(jìn)入不再參與冷卻過程的“黑暗狀態(tài)”。盡管存在諸多挑戰(zhàn)，耶魯大學(xué)的David DeMille和同事們?cè)?014年仍設(shè)法用激光冷卻氟化鍶雙原子分子。
在這項(xiàng)最新的工作中，哈佛大學(xué)的John Doyle及其同事現(xiàn)在已經(jīng)冷卻了三原子羥基鍶分子，該方法是以希臘英雄Sisyphus命名的，Sisyphus被迫將一塊巨石推上山頂，只為它再滾下去，然后往往復(fù)復(fù)這項(xiàng)工作直到永遠(yuǎn)。Sisyphus冷卻過程就是分子通過“攀爬”由激光駐波產(chǎn)生的勢(shì)能山而損失動(dòng)能的過程。
當(dāng)它們自發(fā)地躍遷不再與光相互作用的狀態(tài)時(shí)，原子達(dá)到“峰值”。在這一點(diǎn)上，外加磁場(chǎng)使原子回到原始狀態(tài)——準(zhǔn)備再次爬升。這個(gè)過程重復(fù)了很多次，每次循環(huán)都會(huì)降低原子的動(dòng)能，從而減少它們的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)和溫度。
快速冷卻
Doyle團(tuán)隊(duì)取得成功的關(guān)鍵在于，冷卻過程是在100μs內(nèi)快速實(shí)現(xiàn)的，只涉及約200個(gè)光子與每個(gè)分子相互作用。這個(gè)速度是至關(guān)重要的，因?yàn)榉肿釉诶鋮s結(jié)束之前不太可能進(jìn)入黑暗狀態(tài)。
Doyle和同事寫道，他們的技術(shù)也可用于冷卻更大和更復(fù)雜的基于鍶的多原子分子，例如用甲基代替氫氧化物。 如果該技術(shù)可以進(jìn)一步擴(kuò)展到手性分子，也可以用于研究為什么一些生物過程有利于右旋或左旋分子。
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