量子三体：超冷量子化学取得新突破( 二 ) 虎虎生威过新年！春节刚刚过

【量子三体：超冷量子化学取得新突破】一生二，二生三，三生万物。然而从一到二，从二到三，哪一步不需要付出巨大的努力呢？科学家原以为原子和光合成的双原子分子混合气的方式会比较容易得到三原子分子，然而这种方法得到的双原子分子气，密度低、温度高，在这样薄弱的“地基”上是难以建立起高楼的。
此路不通，科学家们就再开一条。他们发展了超冷原子气中的Feshbach共振技术，陆续制备了多种碱金属原子（锂、钠、钾、铷等）的双原子分子。什么是Feshbach共振呢？比如说钠原子和钾原子，在原子力的作用下，经过散射它们会“拥抱”到一起，形成弱束缚分子。如果钠钾的散射态和束缚态的能量一样，则会产生“共振” ，大大增强两种状态之间的转变。利用Feshbach共振技术，科学家们终于能制备出密度高且温度低的双原子分子气。
然而，经过多年的努力，人们仍然没看到合成三原子分子的曙光。这是因为困扰人们的——“三体问题” 。
原子-分子Feshbach共振与“量子三体”的到来
三体问题是物理学上一个“臭名昭著”的难题。它源自天体力学，是指三个质量、初始位置和初始速度都是任意的可视为质点的天体，在相互之间万有引力的作用下的运动规律问题。
经典的三体问题异常复杂、存在混沌效应，不能精确求解，量子三体问题则更是难上加难了。三原子分子的能级、寿命等性质，散射态和束缚态的耦合强度等等，都无法准确的计算。缺少理论的最基本的指引，要迈向三原子分子，犹如盲人摸象，困难可想而知。玩过拼图或积木的小朋友都会有感受，如果连成品的图案你都不知道，面对一块块散乱的零件，你将如何下手呢？据说世界上最大的拼图有五万多片，最狠的是，宇宙给科学家拼图的同时，没有给成品图案。科学家， emo了！

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但是，最高端的玩家，就是能耐得住寂寞，对挑战迎难而上。中国科大的研究团队多年来在这一领域潜心深耕，也获得了一系列优秀的研究成果。
他们首先向原子-分子的Feshbach共振进军。超低温原子-分子碰撞中是否存在可观测的Feshbach共振，其性质如何，在之前这都是未知的。其挑战性可想而知！无数的思考和技术进步，多少个日日夜夜，在2019年，中国科学技术大学的研究团队终于国际上首次观测到了超低温下原子和双原子分子的Feshbach共振[Science363,261(2019)] 。（相关科普漫画请看“超低温下测量原子间作用力，能否破解化学反应的奥秘？”）
这如同一道曙光，照在了通往三原子分子的道路上。在Feshbach共振附近，散射态和束缚态能量趋于一致，这样就可以知道束缚态的大概位置了。同时，共振又大幅增强了散射态和束缚态的耦合强度，有利于从散射态过渡到束缚态分子。
但三体问题这一“幽灵”仍然横亘在人们面前。原子和分子的Feshbach共振虽然被观测到了，但它非常复杂，至今还没有理论模型能对其进行描述。共振附近三原子分子的寿命、性质，我们也都不清楚。如同行走在灰暗中，我们怎样才能摸索到正确的路呢？真的能利用Feshbach共振来合成三原子分子吗？如何去做？

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从超冷原子和双原子分子混合气中利用射频场合成三原子分子的示意图