国家标准与技术研究所 在原子配对成超冷的钾铷分子之前，它们的影子被捕获在激光网或光学晶格中
JILA的研究人员随后使用电场来精确控制分子碰撞，并抑制化学反应，否则这些化学反应会在层内发生
信用:叶集团/ 基于他们新发现的诱导超冷气体中的分子远距离相互作用的能力，JILA的研究人员使用了一个电子“旋钮”来影响分子碰撞，并显著提高或降低化学反应速率
这些超冷的气体遵循量子力学看似违反直觉的规则，以能量的精确单位或量子以及通常奇异的运动为特征
因此，在稳定的量子气体中控制化学反应的能力可以帮助设计新的化学物质和气体，使用分子作为信息丰富的量子位的量子计算机的新平台，以及精确测量的新工具，如分子钟
这一进展在12月份的报告中有所描述
11期《科学》
JILA由国家标准与技术研究所(NIST)和科罗拉多大学博尔德分校联合运营
“我们实验中的分子碰撞是非常量子力学的，它们的轨迹都是根据它们相互接近的方式来量化的，”NIST/JILA·费勒·叶军说
“这与分子可以随机相互靠近的温暖气体非常不同
" 这项新的工作延续了叶以前在超冷量子气体方面的许多成就
特别是，这一进展建立在JILA的简化方案之上，该方案将分子气体轻推至其最低能量状态，称为量子简并，其中分子开始像重叠波一样相互作用
最新的JILA实验在一个六电极组件中产生了数万个钾铷分子的致密气体，研究人员用它来产生可调电场
叶说，分子被限制在一堆被称为光学晶格的饼状激光陷阱中，但在每个饼状陷阱中自由碰撞，就像人们在溜冰场上滑冰一样
分子之间的碰撞通常会导致化学反应，从而迅速耗尽气体
然而，JILA团队发现，通过转动一个简单的旋钮——电场的强度，分子可以被“屏蔽”免受这些化学反应的影响
屏蔽是由于电场改变了分子的旋转和相互作用
这些分子相互排斥，因为它们是费米子，费米子是一类不能同时处于相同量子态和位置的粒子
但是分子可以相互作用，因为它们是极性的，铷原子带正电荷，钾原子带负电荷
相反的电荷产生对电场敏感的电偶极矩
当分子以相反的电荷首尾碰撞时，化学反应会迅速耗尽气体
当分子并排碰撞时，它们相互排斥
JILA团队首先准备了一种气体，在这种气体中，每个分子都以一个量子旋转单位旋转
因此，每个分子就像一个微小的量子陀螺，绕着它的轴旋转，量子力学只允许一定的角动量(或旋转速度)
通过改变电场，研究人员发现了特殊的场(“共振”)，在那里两个碰撞、旋转的分子可以交换它们的旋转，使一个分子旋转两倍，而另一个分子根本不旋转
交换旋转的能力完全改变了碰撞的性质，导致碰撞分子之间的力在共振附近从吸引迅速变为排斥
当分子之间的相互作用相互排斥时，分子就不会丢失，因为它们很少接近到足以发生化学反应
当相互作用有吸引力时，化学反应速率显著提高
在共振附近，JILA团队观察到，当调整电场强度仅百分之几时，化学反应速率有近千倍的变化
在最强的屏蔽下，化学反应速率降低到正常背景值的十分之一，产生了稳定、长寿的气体
这是利用电场共振控制分子间相互作用的首次演示
实验结果与理论预测一致
JILA的研究人员希望他们的技术在没有光学晶格的情况下仍然有效，这将简化未来创造由其他类型原子组成的分子气体的努力
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