量子三体：超冷量子化学取得新突破虎虎生威过新年！春节刚刚过

虎虎生威过新年！春节刚刚过去，在冬奥会的雪场冰面之上，体育健儿斩金夺银，为国增光；而在另一片更加“极寒”之地——超冷原子和分子领域，我国科学家们也不断取得新的突破。
左：冬奥吉祥物“冰墩墩”；右：超冷原子的卡通图
为什么要研究超冷量子化学
当谷爱凌、苏翊鸣在空中做出各种惊险动作时，观众们在台下看的也是热血沸腾、激动不已，选手和观众都产生了肾上腺素等化学物质，身体发生了“化学反应” 。其实，化学反应的本质，就是组成世界的原子、分子们，在彼此间相互作用力的牵绊之下，进行各种排列组合并改变各自的状态而形成新产物的故事。

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从初中时，我们就从课本和实验课上接触各种化学反应了，但我们能观测到的是宏观现象：一堆物质A、物质B等进入“暗箱” ，出来的时候就是一堆新的物质C或更多了。

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“暗箱”里究竟发生了什么？从反应物到产物，每个原子、分子的状态都经历了怎样的变化历程？这问题看起来简单，实际研究起来，难度可比“左转双周偏轴转体1620度”大多了。化学反应中包含着大量的微观通道，因为每个原子都是一个异常复杂的量子系统——没错，就是谷爱凌特别喜欢的量子物理那个量子。想梳理清楚化学反应的每一个细节，无论在理论上还是实验上，都是难以企及的挑战。

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不过，金牌要一块一块拿，对化学反应的微观解析要一步一步走，一个特别有效的方式就是超冷量子化学。我们知道，粒子在永无止息地做着无规则运动（热运动），在宏观上，这就表现为温度。常温下，原子们就像短道速滑运动员，一边高速运动一边“碰撞” ，不过，科学界可没有“猎豹”摄像头，能拍到它们的一举一动。怎么办？降低温度，把温度降到绝对零度附近，速滑原子变成了“冰敦敦” ，走路只能一步一蹦，这下科学家们就可以把原子制备到我们希望的某个特定的量子态上。在科学家们的指引下，原子从一种状态转化到另外一种状态。这样，我们就有了“可控”的化学反应过程，可以“一帧一帧”的观看化学反应的过程啦。

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超冷原子、分子：一生二二生三三生万物
有了“可控化学反应”的目标，科学家们开始为之努力了。一种努力的方向是将常温下的分子进行冷却，把它的温度不断降低，逼近绝对零度。然而，为了达到极低温，常用的激光冷却技术需要循环跃迁，这就对分子的能级提出了苛刻的要求。分子的能级结构比原子的复杂的多，只有少数分子有近似的循环跃迁。这让直接冷却的道路变得非常困难。幸运的是，超冷原子可以很方便的制备，通过激光制冷、磁光阱、蒸发制冷等手段，人们能够制备出密度高、温度低的超冷原子气。
冷原子的成功制备为制备超冷分子提供了新的途径。从上世纪八十年代开始，科学家就开始研究利用光从冷原子气中合成双原子分子，并成功了合成了多种双原子分子。在双原子分子的合成取得成功之后，科学界开始思考从原子和双原子分子混合气出发进一步合成三原子分子的可能性。