大约一个世纪前，物理学家萨蒂延德拉·纳特·玻色与阿尔伯特·爱因斯坦预言了一种物质的理论状态，在这种状态下，单个粒子会在极低温度和低密度下凝聚成一个不可区分的整体。这种被称为玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）的现象，为量子力学的微观世界提供了宏观视角。
1995年，理论上的BEC终于在实验中得以实现，创造BEC的物理学家因此获得了诺贝尔奖。从那时起，全球的实验室，甚至太空中的实验室都在制造这种物质。
迄今为止，所有用于探讨量子力学基本问题的BEC都是由原子构成的。然而，要将分子冷却到接近BEC状态（在绝对零度以上几度），并保持分子足够长的稳定时间以进行实验，难度要大得多。
哥伦比亚大学的物理学家塞巴斯蒂安·威尔（Sebastian Will）表示：“20年来，关于如何利用稳定的超冷分子有很多建议，但在实验上一直很困难，因为分子样本的寿命非常短。”
在微波的帮助下，制造超低温分子气体的科学正在逐渐升温。去年，慕尼黑的研究人员利用微波冷却费米子分子样本。费米子是宇宙中最基本的粒子之一。威尔和他的实验室现在已经实现了慕尼黑研究人员对另一种物质的补充：玻色子。
威尔的团队在《自然物理学》杂志上发表文章称，他们利用特制天线发射的微波，将钠-铯分子的玻色子气体的寿命从几毫秒延长到一秒多，这是冷却钠-铯分子的关键第一步。他们的样品持续时间更长，温度降至36纳开尔文——刚好低于分子形成BEC所需的温度。
威尔实验室使用的技术是由荷兰内梅亨大学的理论物理学家Tijs Karman提出的，他是这篇论文的合作者。微波是一种使分子旋转的电磁辐射。如果有问题的分子是你放在厨房微波炉里的水分子，这种运动会产生摩擦，最终加热你的食物。
如果它们是物理实验室里的钠-铯，微波会形成一个屏障，防止分子相互粘在一起，从样品中消失。一旦固定，分子就可以成功地进行蒸发冷却。这与吹一杯热咖啡的过程类似：在去除顶层的“热”分子后，剩余的分子重新加热到较低的温度。
在过去的五年里，威尔的实验室一直在建造他们的实验设备，以制造钠铯的超冷气体。他们用钠和铯原子的超冷气体组装超冷钠-铯分子的研究结果发表在今年早些时候的《物理评论快报》上，论文由博士后伊恩·史蒂文森（Ian Stevenson）领导。
他说：“组装超冷分子是一项巨大的技术挑战，但这在其他分子中已经得到了证明。”“我们的真正目标是做一些新的事情，而微波屏蔽有望创造分子BEC，从根本上说是新的。”
虽然要达到BEC温度还有很多工作要做，但实验室的超冷钠-铯分子为探索基础物理学提供了一个令人兴奋的新平台。“当我们变冷的时候会发生什么，这是一个很大的问号，”Niccolò Bigagli说，他是哥伦比亚大学的物理学博士生，也是这项研究的第一作者。“考虑到这些分子的复杂性，我们正在研究全新的物理学。”
对实验室来说，钠铯是一个有趣的分子，因为它是一种具有大偶极矩的玻色子，威尔解释说。玻色子和费米子的区别在于它们的量子自旋：费米子自旋为半整数，而玻色子自旋为整数。统计上的差异使得这两种粒子的行为完全不同。偶极矩是对分子不同部分之间电荷差异的测量，而电荷差异反过来又会影响分子与不同距离的其他分子的相互作用。
与目前大多数探索原子和分子相互接触时会发生什么的实验相比，偶极相互作用的复杂性提高了一步。钠-铯的偶极矩也位于目前两种流行的物理平台之间：磁性原子可以产生物质的新相，但相互作用相对较弱；里德伯原子已用于量子模拟和量子计算，但寿命短，不稳定，相互作用几乎太强。
“有了钠-铯分子，我们可能能够调整到目前为止没有其他实验能够做到的制度，”威尔说。他们的超冷分子也可以帮助实验室研究量子物理问题，如特殊的超流体，以及经典的问题，如气体热力学，其中分子相互作用的范围很长。
所有这些潜在的研究途径将使威尔实验室忙于研究超低温钠-铯。“在我们目前已经达到的温度下，我们看到了许多新的物理学出现，”威尔说。“甚至在考BEC之前，还有很多东西需要探索。”
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希望本篇文章《微波屏蔽下的超冷偶极分子生成》能对你有所帮助！
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