四原子分子被冷却到接近绝对零度。图片来源：马克斯·普朗克量子光学研究所

四原子分子是迄今能被冷却到比绝对零度高千亿分之一度的最大分子。如今，中德科学家合作，成功生成了这种超冷四原子分子。相关研究成果1月31日发表于《自然》。

研究人员用于冷却单个原子的技术，比如用激光和磁力撞击原子，对分子的冷却效果并不好。对于多原子分子来说尤为如此，因为要实现超冷，它们必须静止，而一个分子运动的可能性越大，升温的机会就越大。

“我们研究分子不是因为它很容易，而是因为它很难。”德国马克斯·普朗克量子光学研究所罗鑫宇说。现在，他和合作者已经生成了比以往任何时候都冷的四原子分子。

研究人员把几千个由一个钠原子和一个钾原子组成的分子置于一个真空空间，同时用磁力和光猝发使其冷却，目的是让这些分子静止。最冷的温度是0开尔文，也就是绝对零度。而这些分子的温度只有970亿分之一开尔文。

为了将两原子分子转化为四原子分子，研究人员必须将它们结合成对，且防止它们升温。根据中国科学院理论物理研究所石弢等人的理论计算，他们使用微波场将分子“黏合”在一起。

研究人员的实验取得了成功。他们在1340亿分之一开尔文的温度下，创造了大约1100个分子，每个分子含有两个钾原子和两个钠原子，这是迄今为止达到这种超低温度的最大分子。

“让分子变得超冷的目的之一是对它们有更多控制，从这个意义上说，这项工作是向前迈出的一大步。”美国科罗拉多大学博尔德分校的John Bohn说，这项新实验之所以重要，不仅是因为分子前所未有的温度，还因为在最冷的时候，它们会进入一个已知的量子态，并可能被精确推入另一个状态或过程中。

罗鑫宇表示，这些分子中的原子不像室温分子那样紧密地“黏”在一起。但制造它们是研究复杂化学反应的必要步骤，这些化学反应在极冷和极慢的情况下更容易观察到。

美国哥伦比亚大学的Sebastian Will说，下一个问题是，在超低温下，用类似的微波技术可以构建出其他更大的分子吗？“我们正在寻找量子化学令人兴奋的新机会。”

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06986-6

（原载于《中国科学报》 2024-02-08 第2版 国际）