这篇Nature，结束了长达数十年的探索！

研究背景

超冷偶极分子是一种备受关注的研究领域，因其具有长程相互作用而成为了研究热点。这种长程相互作用可以通过外部电场调节，从而为探索新奇的量子现象和物态提供了新的可能性。

然而，超冷偶极分子研究面临着快速损失的挑战，这一问题一直困扰着科学家们。由于量子统计的束缚效应，玻色子分子的损失特别严重，而这导致了实现玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）的困难。

成果简介

为了解决这一问题，哥伦比亚大学物理学家塞巴斯蒂安·威尔（Sebastian Will）团队提出了采用增强的碰撞屏蔽技术来减轻这一挑战。他们通过强烈抑制二体和三体损失，成功地将超冷钠-铯（NaCs）分子的集合从高温蒸发冷却到量子退化，并跨越了BEC的相变。相关研究在“Nature”期刊上发表了题为“Observation of Bose–Einstein condensation of dipolar molecules”的最新论文。他们的研究结果表明，采用这种策略可以有效克服损失问题，为超冷偶极分子领域的进一步研究和应用提供了新的可能性。

研究亮点

1. 实验首次实现了偶极分子的玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）。

2. 通过强烈抑制二体和三体损失，实现了钠-铯（NaCs）分子的BEC。蒸发冷却过程将分子从700(50) nK冷却到6(2) nK。

3. 实验中观察到了BEC的明显迹象，包括相空间密度超过临界值时的双峰分布。

4. 通过实验证实，BEC中凝聚物质的分数达到60(10)%，并且BEC表现出稳定性，其1/e寿命达到1.8(1) s。

5. 实验结果表明，分子现在具有了类似于原子的量子控制程度，这扩展了可以研究的量子系统的范围。

图文导读

图1：通过微波屏蔽实现了偶极NaCs分子的玻色-爱因斯坦凝聚态Bose–Einstein condensate，BEC。

图2. 分子玻色-爱因斯坦凝聚态BEC的形成。

图3. NaCs分子蒸发冷却至量子简并。

图4：飞行时间扩展。

图5: 玻色-爱因斯坦凝聚态BEC寿命。

结论展望

本研究揭示了偶极分子在量子系统控制和多体物理研究中的巨大潜力。首次实现偶极分子的BEC不仅是一个技术上的突破，更是对理论预言的有力验证，证明了量子退化偶极分子可以成为探索新奇量子相的理想平台。通过精心设计的微波屏蔽技术，我们成功地抑制了损失并创造了适合于弱相互作用的玻色气体的条件，为探索强偶极量子物质奠定了基础。

此外，钠-铯分子作为具有较大偶极矩的代表性系统，为调节弱至强偶极区域提供了理想的平台，这在其他偶极系统中难以实现。未来的研究将集中在将这种弱相互作用的玻色气体转变为强相互作用系统，并探索其在量子模拟、量子信息和多体物理方面的潜在应用。这项工作不仅扩展了我们对量子物质的认识，还为未来量子技术和基础研究的发展提供了新的方向和可能性。

文献信息

Bigagli, N., Yuan, W., Zhang, S. et al. Observation of Bose–Einstein condensation of dipolar molecules. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07492-z