哥伦比亚大学和哈佛大学的超冷分子研究领域的领导者正在联手推动对化学反应量子力学的理解。
这种伙伴关系将导致开发新的，更精确的技术，将超冷化学领域扩展到目前无法实现的分子种类和反应，从而实现基础物理学的新一代实验。
“我们对这种合作感到非常兴奋，因为我们将两个研究方向结合起来，这些方向已经分开开发，现在可以汇集起来为物理学家和化学家开发一套新的工具，”Tanya Zelevinsky说道。原子，分子和光学物理学和哥伦比亚大学Z实验室的首席研究员。
近年来，量子技术的发展，包括激光冷却能力，已经允许研究微克尔或接近零温度的原子。在这种状态下，科学家能够操纵和研究量子统计学的影响，限制几何学和磁场 - 在室温设置中无法获得的非经典特征 - 对原子的行为。
多年来，实验主义者已经知道，对超冷原子或分子进行的超灵敏测量可以揭示一些现在隐藏的自然秘密，例如“自然常数”是否实际上是恒定的还是随着时间而变化。
科学家们已经成功地使用激光冷却来研究许多类型的原子，然而研究人员对化学品最感兴趣的原子，如氢，氧和氮，缺乏直接冷却所需的特性。需要全新的技术来探索涉及这些物种的超冷化学。
为了克服这一挑战，研究人员开始专注于创造含有这些靶原子的超冷分子。开发和应用这些技术是WM Keck基金会资助的新项目的目标。
首席研究员Zelevinsky和哈佛大学的共同研究员John Doyle在三年的时间里获得了100万美元的资助，通过开发一个实验设施将其工作提升到一个新的水平，这将为超级化学开辟一个领域更广泛的原子和分子种类和反应。
为了解决分子冷却的挑战，研究人员正在从一个新的角度来解决这个问题。Zelevinsky解释说，某些金属原子(如钙)的附着允许某些分子被激光冷却。
该团队的计划是用这种金属附件制造一系列分子，使用激光将分子冷却到迄今为止无法达到的温度，然后在称为光解离的过程中使用额外的激光切割金属原子。这种技术将允许操纵更复杂分子的运动和化学键，从而产生各种超冷分子物种，这些物种是研究人员非常需要的，但迄今为止无法进入，从而将该领域推向了新的领域。
该项目的潜力是不可估量的。
“这些分子有很多东西可以帮助我们理解，”Zelevinsky说，并补充说，在超冷温度下研究涉及多原子分子的化学反应将为测试当前对基本对称性和自然规律的理解开辟新的途径，包括我们的科学家无法解释的宇宙，如物质 - 反物质不平衡，暗能量和星际环境。该研究还将为桌面实验提供分子，传统上需要数十亿美元的加速器才能进行。
“如果能够在不花费数十亿美元的加速器的情况下完成这种物理学，这真的是一个巨大的收获，”她说。“在非常基本的政体中做化学有一种人们可以联系到的美感。当原子中的量子物理学首次被制定出来时，没有人能够想象它在我们今天的日常生活中使用的多种方式。分子 - 它们可以振动和旋转，并且比原子更丰富。将会有许多甚至更多的应用，我们现在无法想象。“