參考消息網11月15日報道 據西班牙《趣味》月刊網站11月11日報道，科學團隊首次成功利用深紫外光捕獲穩定分子，為複雜分子的量子控制開闢了新途徑。

  一束肉眼不可見的光束首次將穩定分子困於量子陷阱之中。雖然並非視覺奇觀，但這項技術突破成為實驗物理學的一座里程碑。此次研究的主角是氟化鋁，這種結構簡單的分子卻極難操控，研究人員借助深紫外激光將其冷卻並捕獲。

  馬克斯·普朗克協會下屬弗裏茨·哈伯研究所的一個團隊實現的這項突破不僅是成功的實驗，更印證了學界長期追求的一個理念：將最精密的量子控制技術應用於穩定分子，從而為基礎研究、精密計量學和量子模擬開闢全新的可能性。這項歷經8年的實驗探索成果已發表於美國《物理評論快報》周刊。

  現在冷卻和捕獲原子已非難事。基於這些技術的原子鐘已問世，甚至還出現了利用超冷原子的量子計算項目。然而，對分子進行同樣的操作始終複雜得多。分子不僅質量更大，還會振動、旋轉，且能量結構比原子更為複雜。

  該技術被稱為“磁光阱”，通過結合磁場與激光束使粒子減速並將其困於狹小的空間。該技術對原子效果顯著，但在分子應用上，此前僅對少數幾種活性分子取得成功。以氟化鋁為例，其挑戰在於雙重困難：其一，該分子極穩定且反應活性低，難以操控；其二，捕獲所需的能量躍遷需要在電磁光譜極具挑戰性的波段運行的激光。

  氟化鋁的獨特之處在於其穩定性。它具有極其牢固的化學鍵，這意味着即使在極低溫度下也不會輕易分解或發生反應。這使其成為需要極端控制條件的量子物理實驗的理想候選物。此外，其電子特性允許採用一種迄今無法應用於此類分子的冷卻和控制方式。

  該實驗的關鍵突破之一是成功地在三個不同的轉動能級上捕獲分子。這在穩定分子中尚屬首次，具有重大意義。該項研究作者指出：“我們通過調節用於減速和捕獲分子的激光頻率來改變能級。”精確選擇分子的轉動狀態的能力為更複雜的實驗和新型量子模擬開闢了道路。

  該實驗需要四套激光系統，其工作波長設定在深紫外波段(約227.5納米)。這是光譜中實驗室操作難度最高的光譜區域之一，無論是因為生成這類光束的技術門檻極高，還是因為操控光束所需的光學材料極為特殊。研究人員開發了一系列專用組件，得以精確産生並引導光束，滿足分子冷卻所需的精度要求。

  氟化鋁分子通過固態鋁靶與三氟化氮氣體反應生成。這些分子在形成後被引導至真空室，由激光器負責使其減速並將其捕獲。在此過程中，分子速度降至每秒僅幾米，溫度約為14至16毫開爾文，即接近絕對零度。

  為了驗證分子是否確實被捕獲，研究團隊採用了一種名為“激光誘導熒光”的技術。當分子吸收並重新發射光線時，可通過特殊攝像機進行檢測。這使得研究人員能夠直接觀察到冷分子云在陷阱中心形成的過程。在最低轉動能級上，他們成功捕獲了約六萬個分子。在更高能級上，捕獲數量略少，但同樣具有重要意義。

  除了統計捕獲的分子數量，研究團隊還測量了分子在陷阱中的停留時間。最佳情況下，他們成功維持了約27毫秒。雖然看似短暫，但這足以進行高精度量子測量。結果還表明，大多數損失並非源於化學反應，而是激光冷卻循環中的微小缺陷，這在未來的實驗中可得到改進。

  利用深紫外光捕獲並冷卻穩定分子的成就並非終點，而是構建探索複雜系統物理學新工具的平台。最具前景的研究方向之一是利用氟化鋁進入“亞穩態”，該狀態可能實現更極端的冷卻和更精密的測量。

  研究人員還計劃簡化實驗系統。他們希望開發出類似鹼金屬原子實驗中使用的緊湊型廉價蒸汽源，取代昂貴笨重的分子製備設備。這將使其他機構能夠複製該實驗並將其應用於新領域。

  在實驗室之外，氟化鋁也已在太空中被探測到。其存在於星際雲中的現象表明，即使在極端條件下，它仍是一種結構穩固的分子。在地球上通過量子控制對其進行詳細研究，為實驗物理學與天體物理學之間架起了一座橋梁。（編譯/劉麗菲）