Прорив в Ультрахолодній Фізиці: Вперше Захоплено Стабільний Молекулярний Комплекс AlF у Магніто-Оптичній Пастці

Науковці з Департаменту Молекулярної Фізики Інституту Фріца Габера (FHI) досягли значного прориву, вперше успішно зафіксувавши та охолодивши стабільний молекулярний комплекс із замкненою електронною оболонкою — монофторид алюмінію (AlF) — у магніто-оптичній пастці (МОП). Це досягнення відкриває нові можливості в ультрахолодній фізиці, дозволяючи маніпулювати молекулами на рівнях контролю, які раніше були доступні лише для окремих атомів. Дослідження, яке прийнято до друку у Physical Review Letters, знаменує собою якісний стрибок у розумінні квантової поведінки матерії.

Охолодження речовини до температур, близьких до абсолютного нуля, є ключовим для розкриття тонкощів квантової механіки, що історично призвело до відкриття надпровідності. Завдяки лазерним технологіям фізики досягли ультрахолодного діапазону, де температури коливаються від $10^{-3}$ до $10^{-6}$ К вище абсолютного нуля. Протягом майже чотирьох десятиліть МОП були основним інструментом для роботи з нейтральними атомами, що дало змогу створити високоточні атомні годинники та прототипи квантових комп'ютерів. Стівен Чу, один із піонерів МОП, отримав Нобелівську премію з фізики у 1997 році за ці розробки.

Захоплення молекул завжди було значно складнішим через їхню багатовимірну енергетичну структуру. Раніше в такі пастки вдавалося помістити лише реактивні молекули з неспареними електронами. Команда FHI вперше продемонструвала пастку для спін-синглетної молекули AlF, яка є хімічно інертною завдяки міцному хімічному зв'язку. Для охолодження таких стабільних молекул потрібні були довжини хвиль лазерів, що проникають глибоко в ультрафіолетовий спектр. Команда задіяла чотири лазерні системи, що працювали поблизу 227.5 нм — це найкоротша довжина хвилі, використана для захоплення будь-якого атома чи молекули на сьогодні.

Унікальність досягнення полягає в тому, що AlF можна охолоджувати та утримувати одночасно в трьох різних ротаційних квантових рівнях, перемикаючись між ними лише налаштуванням довжини хвиль лазерів. Лідер команди, Сід Райт, зазначив, що початкові тести підтвердили стійкість AlF до зіткнень зі стінками вакуумної камери кімнатної температури. Цей етап став кульмінацією майже восьми років роботи. Лазерно-охолоджений AlF відкриває шлях до проведення надточних вимірювань та квантового контролю над молекулярними системами, зокрема, довгоживучий метастабільний електронний стан може сприяти досягненню ще нижчих температур.