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科学家打造出最冷分子-仅比绝对零度高2.5‰

发布时间:2019-10-12 19:00:29

北京时间29日消息,据国外媒体报道,美国耶鲁大学的科学家成功打造迄今为止温度最低的分子。实验中,他们将选定分子的温度降到只比绝对零度高出2.5‰的程度。这一研究成果能够应用于从量子化学到粒子物理学最基本理论测试等一系列领域,帮助科学家进行各种新研究。研究论文刊登在《自然》杂志上。

美国耶鲁大学的科学家成功利用“磁光捕获”技术打造迄今为止温度最低的分子。实验中,他们将选定分子的温度降到只比绝对零度高出2.5‰的程度。这一研究成果能够应用于从量子化学到粒子物理学最基本理论测试等一系列领域,帮助科学家进行各种新研究。照片展示了一个光学洞,用于精确调节激光,而后捕获和冷却分子。

过去,磁光捕获就是原子物理学家非常推崇的一项技术,但只在单个原子尺度。这项实验取得的巨大成就是创造了有记录以来分子——两个或者更多原子群——温度的最低纪录。这项技术利用激光冷却粒子同时将它们固定在适当位置。这一研究成果能够应用于从量子化学到粒子物理学最基本理论测试等一系列领域。

磁光捕获技术利用激光将分子固定到适当位置。在此之后,物理学家能够对分子进行冷却,达到略高于绝对零度的程度。

研究中,耶鲁大学的科学家利用激光降低一氟化锶的温度,这一过程被称之为“磁光捕获”。通过直接冷却将分子温度降至接近绝对零度(零下)是物理学领域的一个里程碑式成就。耶鲁大学物理学教授和首席研究员戴夫-德米勒博士表示:“我们可以开始研究在接近绝对零度时发生的化学反应。我们有机会了解基本的化学机制。”

过去,磁光捕获就是原子物理学家非常推崇的一项技术,但只在单个原子尺度。这项实验取得的巨大成就是创造了有记录以来分子——两个或者更多原子群——温度的最低纪录。这项技术利用激光冷却粒子同时将它们固定在适当位置。德米勒博士解释说:“想象一下一个浅碗,里面装着一点糖蜜。如果将一些球滚到碗里,它们会缓慢下沉,最后堆积在碗底。具体到我们的实验,分子就是这些小球,装糖蜜的碗通过激光束和磁场打造。”

一直以来,分子的复杂振动和旋转还是一个巨大挑战,无法进行磁光捕获。耶鲁大学的研究小组采取了一种独特的方式进行捕获,灵感来自于上世纪90年代的一篇晦涩的研究论文。这篇论文阐述了在一个通常无法满足冷却和捕获要求的条件下产生的磁光捕获型结果。

德米勒和他的同事在一个地下实验室研制他们的实验仪器。他们的仪器采用大量线路、电脑、电气元件、镜子和低温冷藏装置。冷却过程中,他们使用十几道激光,每一道激光都进行精确控制。德米勒表示:“想象一下将一幅展示高科技的图像放入词典,我们做的就是类似的事情。一切虽然很有秩序,但还是有一点乱。”

耶鲁大学的研究小组之所以选择一氟化锶是因为它们的结构比较简单——一个电子环绕整个分子移动。德米勒指出:“我们一度认为最理想的选择是双原子分子。”这一研究成果打开了一扇门,能够应用于一系列领域——从精确测量和量子模拟到超冷化学再到粒子物理学标准模型的测试——让科学家进行进一步实验。”

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