图中，NaK分子由合并在一起的冰冻球体表示：左边的小球表示钠原子，右边较大的球体为钾原子。（图片来源：Jose-Luis Olivares/MIT）

麻省理工学院（MIT）的研究人员将气态钾化钠（NaK）分子冷却至500 nK，该温度只略高于绝对零度，比星际空间的温度低了很多倍。

科学家发现超冷分子不仅稳定、寿命长，而且能够承受与其他种类分子的反应碰撞。此外，该分子具有较强的偶极矩，偶极矩是指发生在分子内、调节类似于远距离分子间磁性的力的不平衡程度。

空气中含有许多杂乱无章的分子，它们以数英里的时速穿过空间以及相互碰撞。常温下，如此不可预测的分子行为被认为是正常的。

多年以来，科学家们推测，如果温度降低至绝对零度附近，所有的分子将停止各自的无需运动，表现为单一的组合体。这种更具有规律性的分子行为可能形成异常的物质形态，否则也不会出现在物理世界中。

按照MIT电子研究实验室负责人（principal investigator，PI）、物理学教授Martin Zwierlein的说法，正常的分子充满能量，且发生振动、自旋并穿过高速空间。然而，该研究团队开发的超冷分子成功的停止了这一切。

换句话说，该分子以每秒几厘米的标准速度冷却，接着在转动和振动的最低态被制得。相关研究成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）期刊上，作者除Zwierlein外，还有其博士后Sebastian Will和研究生Jee Woo Park。论文所有成员均来自于麻省理工-哈佛超冷原子中心（MIT-Harvard Center of Ultracold Atoms）。

“我们非常接近在分子运动中扮演重要作用的量子力学温度。因而，这些分子不再围绕类似于台球的球体运动，而是以量子力学物质波形式移动。对于超冷分子，你可以获得各种物质的不同形态，如超流体（即感觉不到摩擦的晶体）。虽然这还未被观察到，但可预测。我们可能即将看到这些效应，因而都很兴奋。” Zwierlein如是说。

每个分子都含有独立的原子，这些独立的原子结合在一起形成分子结构。这种分子的最基本形式看起来像是一个哑铃，含有通过电磁力关联的双原子。

研究人员试图制备含有一个钾原子和一个钠原子的独立NaK超冷分子。然而，因为这种分子具有很多自由度，如振动、旋转以及平移，直接冷却不太容易。然而原子具有更加简单的结构，使其更容易冷却。

研究人员首先采用激光，接着进行蒸发降温将单独的钾和钠原子冷却至接近绝对零度。在此之后，采用磁场使原子键合在一起（该机制称之为Feshbach共振），最终产生超冷分子。然而，由此产生的键比较弱，因而分子相对蓬松，仍然具有振动特性。

“这就像是调节收音机，使其与某些频道发生共振一样。这些原子开始欢快的一起振动，并形成结合分子。”

为了使分子更稳定更强，研究人员使用了一种独特的方法，该方法最早的报道见于2008年奥地利因斯布鲁克大学（University of Innsbruck）关于非极性Ce₂分子，以及科罗拉多大学关于KRb分子。

对于这种方法，最新制得的NaK分子暴露于激光下，激光的频率变化与分子高振动态和最低的可能振动态间的能量变化密切相关。

“通过对低能激光的吸收，接着发射高能激光束，所有存在的振动能量通过分子失去。通过这种技术，MIT研究人员成功的把分子降低到最低的振动和旋转态。温度方面，吸掉了7,500 K，就是这样。” Zwierlein补充到。

过去的实验中，科罗拉多团队注意到超冷的KRb分子存在一定的缺点。这些分子具有化学活性，分开与其他分子发生反应。后来，该团队采用光子晶体限制这种分子，以防止这种化学反应的发生。

MIT研究人员选择制备NaK超冷分子，因为这种分子不仅具有化学稳定性，还可以抵抗活性分子碰撞。实验过程中，研究小组发现这种分子气体相对稳定，且具有较长的寿命，约2.5s。

通过将原子冷却至接近绝对零度，然后形成分子，该团队能够制备这种分子的超冷气体，其温度比直接冷却方法可获得的温度还要低上几倍。

“从能量角度考虑，两个KRb分子碰撞更容易两个钾（K）原子和两个铷（Rb）原子成对，而NaK分子中不发生这种反应。在分子具有化学活性的情况下，根本没有时间在块体中对其进行研究：在其冷却至可进行研究的温度之前就已经衰减了。我们希望寿命足够长，以致于可观察到一些新的物质态。”Zwierlein说。

Zwierlein说，“未来获得异常的物质态，分子需要进一步冷却，直至冻结。”

“现在已经可以达到500 nK，这已经很了不起了。再冷却上10倍，那就可以开始庆祝了。”他总结到。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜     校正：摩天轮