創紀錄！最新技術可將分子冷卻至絕對零度以上百萬分之 50 攝氏度
最近，物理學家利用激光裝置雙次冷卻的方式將氟化鈣分子降溫至歷史記錄最低溫——絕對零度以上百萬分之 50 攝氏度，創造了歷史性的突破。研究發表在了《自然》物理學分冊（Nature Physics）。
這項研究是由倫敦帝國理工學院（Imperial College London）的低溫物質中心（The Centre for Cold Matter）的研究人員完成的。他們所使用的技術與冷卻單個原子所使用的技術十分相似。
粒子運動速度越快，溫度越高，冷卻原子或分子就需要減緩粒子的各種運動。目前使用的方法之一是利用原子在吸收或釋放定量的光能時會喪失部分動能的特性對原子進行減速。
使用激光發生器，對被控制在磁場中的眾多原子持續發射特定頻率的激光。以特定速度接近激光的原子會吸收一個光子的能量，使原子中最外層一個電子進入下一個能量級。當這個電子返回原來的能量級時，這部分能量會以光子的方式被釋放。光子的釋放導致原子總體動能減少，緩慢減速。
這種方法叫做多普勒冷卻。由於原子在釋放能量的同時也在吸收能量，降溫的幅度有限，溫度極值被稱作多普勒極限。
但是，對分子的冷卻十分困難。目前，科學家僅僅能強制被冷卻的原子組成分子，或者將氟化鍶分子降溫到多普勒極限之上。當原子構成分子後，它們對同樣的冷卻方法的反應就會變得不穩定。
為了突破這個瓶頸，研究人員利用了一種叫做磁光阱的方法將氟化鈣分子用磁場與激光控制在限定的區域中。這種方法實現了將分子降溫至多普勒冷卻極限。為了進一步突破極限，研究人員利用了另一種叫做西西弗斯冷卻（Sisyphus cooling）的方法。
在古希臘神話中，西西弗斯被神懲罰，他必須將一塊巨石推上山頂，而巨石到達山頂時又會滾回山腳，這樣永無止境地重複下去。利用類似的永無止境式的工作周期，我們也能夠使分子能量衰減。
科學家利用一對相反極化的激光，使得粒子在不斷接收和釋放能量的過程中逐漸喪失動能。這樣一來，氟化鈣分子就會被降溫至 50 微開爾文（絕對零度以上百萬分之 50 攝氏度）。儘管這還不及對單個原子的冷卻溫度，但和氟化鍶分子的 400 微開爾文相比，溫度已經大大降低。
絕對零度的極限可以看做粒子物理學中的芝諾悖論：我們永運都只能削減運動中粒子的一部分能量，一個擁有零熱量的粒子在數學上是不可能的。但是對於絕對零度的探求為我們帶來了意想不到的發現，並讓我們能夠研究粒子間互相作用力的根本原因。
※電子科大團隊的這項研究結果在《科學》子刊上發表
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