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　　中國(guo)科學(xue)(xue)技術大學(xue)(xue)潘建偉、趙博等，利用相(xiang)干合成方法在(zai)國(guo)際上首次制備了(le)高相(xiang)空間(jian)密度的(de)超冷(leng)三原(yuan)子(zi)(zi)分(fen)子(zi)(zi)系(xi)綜。在(zai)該(gai)研究中，他(ta)們在(zai)基態雙原(yuan)子(zi)(zi)分(fen)子(zi)(zi)和(he)原(yuan)子(zi)(zi)Feshbach共(gong)振附近利用磁締(di)合技術從簡并的(de)鈉鉀分(fen)子(zi)(zi)-鉀原(yuan)子(zi)(zi)混合氣中制備了(le)超冷(leng)三原(yuan)子(zi)(zi)分(fen)子(zi)(zi)系(xi)綜，向(xiang)基于超冷(leng)分(fen)子(zi)(zi)的(de)超冷(leng)量子(zi)(zi)化學(xue)(xue)和(he)量子(zi)(zi)模擬研究邁(mai)出了(le)重要(yao)一(yi)(yi)步。北京時(shi)間(jian)12月2日，這一(yi)(yi)研究成果發表在(zai)國(guo)際權威學(xue)(xue)術期刊《科學(xue)(xue)》雜(za)志上。

　　利(li)用高度可(ke)(ke)控的(de)(de)超(chao)(chao)冷(leng)(leng)(leng)分(fen)(fen)子(zi)來模擬(ni)復(fu)雜的(de)(de)難(nan)于計算的(de)(de)化學(xue)反應過程，可(ke)(ke)以對復(fu)雜系統進(jin)行(xing)精確的(de)(de)全方位的(de)(de)研(yan)究，因而在超(chao)(chao)冷(leng)(leng)(leng)化學(xue)和新型(xing)材料(liao)設計中(zhong)具有(you)廣泛的(de)(de)應用前景。但由(you)于分(fen)(fen)子(zi)內部的(de)(de)振轉能(neng)級非常復(fu)雜，缺(que)少激光冷(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)所需(xu)要的(de)(de)循(xun)環(huan)躍遷，導致通過直接冷(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)的(de)(de)方法來制備(bei)超(chao)(chao)冷(leng)(leng)(leng)分(fen)(fen)子(zi)非常困難(nan)。隨(sui)著(zhu)冷(leng)(leng)(leng)原子(zi)技術(shu)的(de)(de)發展，從超(chao)(chao)冷(leng)(leng)(leng)原子(zi)出發相干(gan)合成超(chao)(chao)冷(leng)(leng)(leng)分(fen)(fen)子(zi)為制備(bei)超(chao)(chao)冷(leng)(leng)(leng)分(fen)(fen)子(zi)系綜提供了一條全新的(de)(de)途徑。

　　1998年，麻省理工學院Wolfgang Ketterle研(yan)究組觀測到(dao)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)中(zhong)的(de)(de)Feshbach共振(zhen)(zhen)[Nature 392, 151 (1998)]。2003年，科羅拉多大學的(de)(de)Deborah Jin研(yan)究組利用原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)的(de)(de)Feshbach共振(zhen)(zhen)發展了磁(ci)締合(he)技(ji)術來制(zhi)(zhi)備鉀雙(shuang)(shuang)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)分子(zi)[Nature 424, 47 (2003)]。從超(chao)冷原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)中(zhong)制(zhi)(zhi)備的(de)(de)雙(shuang)(shuang)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)分子(zi)具(ju)有相空(kong)間密度高(gao)、溫度低等(deng)優(you)點，并(bing)且(qie)可(ke)以用激光將其(qi)相干地(di)轉移(yi)到(dao)振(zhen)(zhen)轉基態。近年來多種堿金屬原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)的(de)(de)雙(shuang)(shuang)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)分子(zi)先(xian)后在其(qi)他實驗室中(zhong)被制(zhi)(zhi)備出來，并(bing)被廣(guang)泛地(di)應用于超(chao)冷化學和量子(zi)模擬的(de)(de)研(yan)究中(zhong)。

　　隨著雙原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)研(yan)究取得的巨(ju)大成(cheng)(cheng)功，人們開始研(yan)究如何(he)制備超冷三(san)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)。但(dan)由(you)于三(san)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)極為復雜，無法進行理論計(ji)算，是否能(neng)夠利(li)用相(xiang)干合(he)成(cheng)(cheng)的方法制備三(san)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)系綜一直是一個開放問題。中國(guo)(guo)科(ke)大研(yan)究團(tuan)隊在(zai)2019年觀測到超低溫下鈉鉀(jia)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)和鉀(jia)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)間(jian)的Feshbach共(gong)振(zhen) [Science 363, 261 (2019)]，為合(he)成(cheng)(cheng)三(san)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)奠定了(le)基(ji)礎。在(zai)此基(ji)礎上(shang)，中國(guo)(guo)科(ke)大、中科(ke)院化學所聯合(he)研(yan)究組在(zai)2022年初采用射頻(pin)合(he)成(cheng)(cheng)技術，在(zai)鈉鉀(jia)基(ji)態(tai)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)和鉀(jia)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)的Feshbach共(gong)振(zhen)附近，實現(xian)了(le)超冷三(san)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)的射頻(pin)合(he)成(cheng)(cheng) [Nature 602, 229 (2022)]。但(dan)由(you)于三(san)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)壽命短、合(he)成(cheng)(cheng)效率(lv)低，只能(neng)通過(guo)雙原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)或原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)的損失來(lai)獲(huo)得合(he)成(cheng)(cheng)三(san)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)的間(jian)接證據，直接探測三(san)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)并制備超冷三(san)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)系綜仍然是一個實驗上(shang)的巨(ju)大挑戰。

　　在該(gai)項研究(jiu)(jiu)(jiu)中，團(tuan)隊(dui)(dui)從量子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)簡并(bing)的(de)(de)(de)鈉(na)鉀(jia)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)和鉀(jia)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)混合氣出發(fa)，在鈉(na)鉀(jia)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)和鉀(jia)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)Feshbach共振附近，通(tong)過緩慢(man)地掃描磁場，將鈉(na)鉀(jia)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)–鉀(jia)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)散射(she)(she)態絕熱地轉移到三原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)束縛態，從而首(shou)次成(cheng)功利用(yong)磁締合技術相干地制(zhi)備了(le)(le)高(gao)相空(kong)(kong)間(jian)(jian)密(mi)度的(de)(de)(de)超(chao)冷(leng)(leng)三原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)系綜(zong)。研究(jiu)(jiu)(jiu)團(tuan)隊(dui)(dui)利用(yong)射(she)(she)頻解離(li)技術將三原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)解離(li)成(cheng)自由的(de)(de)(de)鈉(na)鉀(jia)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)和原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)，獲(huo)(huo)得(de)(de)了(le)(le)三原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)解離(li)譜(pu)，從而實現了(le)(le)三原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)直接探(tan)測。實驗結(jie)果(guo)顯示，所獲(huo)(huo)得(de)(de)的(de)(de)(de)三原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)氣的(de)(de)(de)相空(kong)(kong)間(jian)(jian)密(mi)度比(bi)其他方法提高(gao)了(le)(le)約(yue)10個(ge)量級。超(chao)冷(leng)(leng)三原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)系綜(zong)的(de)(de)(de)制(zhi)備為(wei)(wei)模(mo)(mo)擬量子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)力學下三體問(wen)題鋪平了(le)(le)道路，所獲(huo)(huo)得(de)(de)的(de)(de)(de)高(gao)相空(kong)(kong)間(jian)(jian)密(mi)度也使得(de)(de)制(zhi)備三原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)玻色–愛因斯坦凝聚成(cheng)為(wei)(wei)可能(neng)。審稿(gao)人(ren)一致(zhi)認為(wei)(wei)這一工(gong)作是超(chao)冷(leng)(leng)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)研究(jiu)(jiu)(jiu)領域的(de)(de)(de)一個(ge)里程碑，為(wei)(wei)超(chao)冷(leng)(leng)化(hua)學和量子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)模(mo)(mo)擬的(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)(jiu)開辟了(le)(le)新的(de)(de)(de)方向。

　　該研究工作得到了科(ke)技部(bu)、自然科(ke)學基金委、中科(ke)院(yuan)、安徽(hui)省、上海市(shi)等的資助(zhu)和支持。