哈佛大學和麻省理工學院超冷原子中心的科學家，開發出一種極性自由基氫氧化鈣(CaOH)的一維(1-D)磁光陷阱(MOT)，其新研究技術發表在《物理評論快報》期刊上，這項技術通過使用輻射激光冷卻技術冷卻CaOH來實現。開展這項研究的研究人員之一路易斯·鮑姆(Louis Baum)說：冷分子是極其複雜的系統，可以成為強大的測量工具。
在標準模型之外尋找新的物理，或者是構建複雜的結構，以構建新量子系統並模擬它們的行為。在低溫下，甚至能夠完全操縱單個分子，控制它們如何與環境和彼此相互作用。受冷分子揭示新物理機制的潛力啟發，研究人員開始研究當冷卻技術應用於其他化合物或化學物種時會發生什麼。雖然有幾種產生冷分子的方法，鮑姆和同事們使用了直接激光冷卻，這在過去十年裡被證明是特別有效的。
隨著控制雙原子分子能力的增強，研究人員很想將同樣適用於簡單分子的激光冷卻技術擴展到更大、更具化學多樣性的物質。即使從雙原子分子變成像CaOH這樣的三原子分子，也大大增加了系統的複雜性，但也帶來了新的有趣自由度，可以利用這些新的自由度，進行一些令人興奮的實驗。在新實驗中，研究人員能夠通過觀察分子束寬度的微小變化來演示一維MOT，分子束的寬度與他們使用的分子的橫向溫度相對應。
MOT本質上是通過重複散射光子來工作的，然後這些散射光子中的每一個，都會向囚禁在陷阱內的分子傳遞一股小小的動量。通過磁場和偏振激光的精心組合，可以控制哪些分子會受到這些打擊。當瞄準最快的分子和陷阱外部附近的分子時，該系統既提供冷卻又提供陷阱。然而，在分子中，同樣的內部複雜性使它們變得有趣，使得散射大量光子變得困難。到目前為止，大量光子通過複雜分子的散射，被證明是非常具有挑戰性的。
這主要是因為當分子散射光子時，它們會衰變到激發的振動狀態，這是激光無法解決的問題。這最終可能導致分子在陷阱內丟失。新研究實現的一維MOT彌補了這種不良影響，因此，研究人員提供了第一批通過散射數百個光子來操縱分子的具體例子之一。研究不僅證明了以前開發的技術，可以應用於多原子系統的原理，而且還表明：發現了一類分子，儘管它們的內部複雜性，可以散射超過2000個光子。
此外，知道分子處於哪種振動狀態，所以可以恢復它們。僅僅通過使用一些額外的激光，預計該方法應該能夠散射超過10000個光子。這意味著在未來的實驗中，該新方法也有可能擴大到涵蓋所有三個維度。大約十年前，物理學家認為直接激光冷卻多原子分子是不可行的，新研究增加了一系列證據，表明冷卻這些複雜分子實際上是可能的。研究人員即將到來的進展，將為探索物理學和量子化學前沿提供一個新的實驗平臺。
人們可以想象將單個分子加載到光鑷子中，併為量子模擬或計算建立新的平臺。在接下來的研究中，研究人員還想研究基本的碰撞過程：當兩個分子碰撞時，量子水平上會發生什麼，這一點仍然知之甚少。碰撞研究最終可能為蒸發冷卻技術的發展鋪平道路，這可能會使更極端的冷卻成為可能，並可能產生一種多原子分子的簡併量子氣體。研究團隊還完成了一些工作，將激光冷卻擴展到更大的一甲基氧化鈣(CaOCH3)，這表明該技術可以推廣到與化學甚至生物相關的分子。
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參考期刊《物理評論快報》
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