科学家首次观察到偶极分子的玻色-爱因斯坦凝聚体

量子力学的世界充满了迷人的现象，粒子在这里表现出与宏观对应物截然不同的行为。其中一种现象是玻色-爱因斯坦凝聚（BEC），即一组玻色子都坍缩到相同的量子态中，形成具有独特性质的凝聚体。虽然原子BEC已实现了几十年，但最近发表在《自然》的研究开启了一个新篇章：观察到偶极分子的玻色-爱因斯坦凝聚。

揭示玻色-爱因斯坦凝聚态

当一组玻色子被冷却到极低的温度（接近绝对零度）时，就会产生BEC。在这些温度下，玻色子失去了大部分的动能，并占据相同的量子态，表现出显著的相干性。这种集体行为导致了零粘度的超流体状态，允许流体在没有摩擦的情况下流动。1995年首次观察到碱金属原子的 BEC，这是物理学上的一个重要里程碑，为Eric Cornell和Carl Wieman获得诺贝尔奖。

BEC已成为研究量子现象的强大工具。它们允许科学家探索超流体性，测试量子力学的基本方面，并模拟复杂的多体系统。然而，用分子等更复杂的粒子实现BEC会带来额外的挑战。

偶极分子的挑战

与原子不同，分子具有一种称为偶极矩的固有性质。这源于分子内电荷分布不均匀，形成正负“端”。这些偶极相互作用为系统引入了新的复杂性。与原子之间的简单接触相互作用不同，偶极分子可以根据它们的相对方向相互吸引或排斥。这可能导致分子在碰撞中快速损失，使得难以实现BEC所需的冷却。

多年来，研究人员努力克服这些挑战。像“碰撞屏蔽”这样的技术被开发出来，其中原子的缓冲气体包围着偶极分子，吸收碰撞能量并减少分子损失，从而使蒸发冷却能够进行到BEC形成的点。

取得突破：偶极分子的 BEC

一项突破性的实验实现了长期以来的目标：观察到偶极分子的BEC。科学家们成功地将钠-铯 (NaCs) 分子集合冷却到6纳开尔文的温度，超过了 BEC的临界阈值。

这项成就得益于以下几个因素。增强碰撞屏蔽：通过仔细操纵缓冲气体，科学家们显著减少了 NaCs 分子的二体和三体损失。蒸发冷却：该技术利用激光束从气体中选择性地去除最具能量的分子，逐渐冷却剩余的集合。实验表明，60%的凝聚分数和6nK温度的BEC，寿命约为2秒。

揭示量子物质的新前沿

这一成就对量子科学的未来具有重要意义。由于极性分子之间的独特相互作用，偶极分子BEC引入了丰富的可能性。与原子对应物不同，这些相互作用可以调整和控制，允许科学家定制凝聚体的特性并探索迷人的现象。例如，这些相互作用的长程特性可以导致形成奇特的偶极液滴、自组织晶体相甚至偶极自旋液体。

操纵和控制这些偶极分子BEC的能力为量子模拟领域铺平了道路。通过将偶极分子BEC捕获在专门设计的光学晶格中，科学家可以创建具有奇特性质的人造晶体，这些性质在现实材料中很难或不可能实现。这些模拟可以提供对复杂现象（如高温超导性和量子磁性）的宝贵见解。

尽管取得了成功，但仍然存在挑战。凝聚态的稳定性和寿命是需要进一步研究的领域。此外，探索强相关物质相和增加相互作用强度的影响是未来研究的有前景的方向。