量子力學的世界充滿了迷人的現(xiàn)象，粒子在這里表現(xiàn)出與宏觀對應物截然不同的行為。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，形成具有獨特性質的凝聚體。雖然原子BEC已實現(xiàn)了幾十年，但最近發(fā)表在《自然》的研究開啟了一個新篇章：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)

當一組玻色子被冷卻到極低的溫度（接近絕對零度）時，就會產生BEC。在這些溫度下，玻色子失去了大部分的動能，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。1995年首次觀察到堿金屬原子的 BEC，這是物理學上的一個重要里程碑，為Eric Cornell和Carl Wieman獲得諾貝爾獎。

BEC已成為研究量子現(xiàn)象的強大工具。它們允許科學家探索超流體性，測試量子力學的基本方面，并模擬復雜的多體系統(tǒng)。然而，用分子等更復雜的粒子實現(xiàn)BEC會帶來額外的挑戰(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。這源于分子內電荷分布不均勻，形成正負“端”。這些偶極相互作用為系統(tǒng)引入了新的復雜性。與原子之間的簡單接觸相互作用不同，偶極分子可以根據(jù)它們的相對方向相互吸引或排斥。這可能導致分子在碰撞中快速損失，使得難以實現(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)冷卻能夠進行到BEC形成的點。

取得突破：偶極分子的 BEC

一項突破性的實驗實現(xiàn)了長期以來的目標：觀察到偶極分子的BEC。科學家們成功地將鈉-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。

這項成就得益于以下幾個因素。增強碰撞屏蔽：通過仔細操縱緩沖氣體，科學家們顯著減少了 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。實驗表明，60%的凝聚分數(shù)和6nK溫度的BEC，壽命約為2秒。

揭示量子物質的新前沿

這一成就對量子科學的未來具有重要意義。由于極性分子之間的獨特相互作用，偶極分子BEC引入了豐富的可能性。與原子對應物不同，這些相互作用可以調整和控制，允許科學家定制凝聚體的特性并探索迷人的現(xiàn)象。例如，這些相互作用的長程特性可以導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域鋪平了道路。通過將偶極分子BEC捕獲在專門設計的光學晶格中，科學家可以創(chuàng)建具有奇特性質的人造晶體，這些性質在現(xiàn)實材料中很難或不可能實現(xiàn)。這些模擬可以提供對復雜現(xiàn)象（如高溫超導性和量子磁性）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一步研究的領域。此外，探索強相關物質相和增加相互作用強度的影響是未來研究的有前景的方向。