据西班牙《趣味》月刊网站11月11日报道，科学团队首次成功利用深紫外光捕获稳定分子，为复杂分子的量子控制开辟了新途径。

一束肉眼不可见的光束首次将稳定分子困于量子陷阱之中。虽然并非视觉奇观，但这项技术突破成为实验物理学的一座里程碑。此次研究的主角是氟化铝，这种结构简单的分子却极难操控，研究人员借助深紫外激光将其冷却并捕获。

马克斯·普朗克协会下属弗里茨·哈伯研究所的一个团队实现的这项突破不仅是成功的实验，更印证了学界长期追求的一个理念：将最精密的量子控制技术应用于稳定分子，从而为基础研究、精密计量学和量子模拟开辟全新的可能性。这项历经8年的实验探索成果已发表于美国《物理评论快报》周刊。

现在冷却和捕获原子已非难事。基于这些技术的原子钟已问世，甚至还出现了利用超冷原子的量子计算项目。然而，对分子进行同样的操作始终复杂得多。分子不仅质量更大，还会振动、旋转，且能量结构比原子更为复杂。

该技术被称为“磁光阱”，通过结合磁场与激光束使粒子减速并将其困于狭小的空间。该技术对原子效果显著，但在分子应用上，此前仅对少数几种活性分子取得成功。以氟化铝为例，其挑战在于双重困难：其一，该分子极稳定且反应活性低，难以操控；其二，捕获所需的能量跃迁需要在电磁光谱极具挑战性的波段运行的激光。

氟化铝的独特之处在于其稳定性。它具有极其牢固的化学键，这意味着即使在极低温度下也不会轻易分解或发生反应。这使其成为需要极端控制条件的量子物理实验的理想候选物。此外，其电子特性允许采用一种迄今无法应用于此类分子的冷却和控制方式。

该实验的关键突破之一是成功地在三个不同的转动能级上捕获分子。这在稳定分子中尚属首次，具有重大意义。该项研究作者指出：“我们通过调节用于减速和捕获分子的激光频率来改变能级。”精确选择分子的转动状态的能力为更复杂的实验和新型量子模拟开辟了道路。

该实验需要四套激光系统，其工作波长设定在深紫外波段(约227.5纳米)。这是光谱中实验室操作难度最高的光谱区域之一，无论是因为生成这类光束的技术门槛极高，还是因为操控光束所需的光学材料极为特殊。研究人员开发了一系列专用组件，得以精确产生并引导光束，满足分子冷却所需的精度要求。

氟化铝分子通过固态铝靶与三氟化氮气体反应生成。这些分子在形成后被引导至真空室，由激光器负责使其减速并将其捕获。在此过程中，分子速度降至每秒仅几米，温度约为14至16毫开尔文，即接近绝对零度。

为了验证分子是否确实被捕获，研究团队采用了一种名为“激光诱导荧光”的技术。当分子吸收并重新发射光线时，可通过特殊摄像机进行检测。这使得研究人员能够直接观察到冷分子云在陷阱中心形成的过程。在最低转动能级上，他们成功捕获了约六万个分子。在更高能级上，捕获数量略少，但同样具有重要意义。

除了统计捕获的分子数量，研究团队还测量了分子在陷阱中的停留时间。最佳情况下，他们成功维持了约27毫秒。虽然看似短暂，但这足以进行高精度量子测量。结果还表明，大多数损失并非源于化学反应，而是激光冷却循环中的微小缺陷，这在未来的实验中可得到改进。

利用深紫外光捕获并冷却稳定分子的成就并非终点，而是构建探索复杂系统物理学新工具的平台。最具前景的研究方向之一是利用氟化铝进入“亚稳态”，该状态可能实现更极端的冷却和更精密的测量。

研究人员还计划简化实验系统。他们希望开发出类似碱金属原子实验中使用的紧凑型廉价蒸汽源，取代昂贵笨重的分子制备设备。这将使其他机构能够复制该实验并将其应用于新领域。

在实验室之外，氟化铝也已在太空中被探测到。其存在于星际云中的现象表明，即使在极端条件下，它仍是一种结构稳固的分子。在地球上通过量子控制对其进行详细研究，为实验物理学与天体物理学之间架起了一座桥梁。（编译/刘丽菲）