将分子变成超冷状态，使分子的运动几乎中止，将便于研究人员更好地进行实验。研究人员表示，超冷分子研究可能使科学家发现新的物质状态，利用冰冷的分子还可探测量子力学在数据存储和传输中的实际应用。该研究成果发表在12月20日出版的英国《科学通讯》杂志上。
制造超冷分子挑战巨大
为了稳定不停颤动的分子，温度必须下降到比绝对零度高一点点。
研究人员现在已经找到达致如此低温的方法，他们使用精确的激光脉冲使分子以光的形式释放能量。随着温度的下降，能量从分子中被吸走，这些新的实验制造了很多稳定的超冷分子，这些分子非常“安静”，一动不动，便于科学家进行实验。
德国海德堡大学的物理学家马特西雅斯·维德穆勒已成功制造了一个超冷的锂—铯分子。一直致力于超冷原子研究的美国麻省理工学院的物理学家、2001年诺贝尔物理学奖获得者沃尔夫冈·克特勒称该领域为“真正的新前沿”。
不像组成他们的球状原子，分子是凹凸不平的，这使其交互作用变得很难预测。物理学家几年前就开始使用激光冷冻原子，华裔科学家朱棣文因发明用激光冷却和俘获原子的方法，于1997年获得诺贝尔物理学奖。但是，分子的形状、大小和电荷各不相同，这给研究工作带来了更大的挑战。维德穆勒说：“冷冻原子的技术不能够用来冷冻分子，这就是我们为何要另辟蹊径的原因。”
物理学家找到了两种方式来制造超冷分子——冷冻热分子或加入已被冷冻的原子。
冷冻热分子的方法被证明是很困难的，因为分子冷冻时，外部可能已经很冷了，但内部还是热的。
第二种方式是使用激光将冰冷的原子连接成分子，这个可能更有效。但因为原子分隔得很开，分子并不稳定，即使一点点最轻微的扰动，它们就会分离成单独的原子，物理学家需要寻找一种方式来使这些“松散”的分子更“亲密”。
从弱连接状态到一个密切联系的、状态稳定的分子的过渡过程中，许多能量会被释放，因此移走那些能量而不产生任何热量成了新的挑战。美国科罗拉多州立大学的物理学家叶骏（音译）率领的研究小组做到了这一点，他们的研究结果刊登在10月10日的《科学》杂志上。
与此同时，其他研究小组也成功制造出了不同类型的稳定超冷分子。其中包括由2个铯原子或2个铷原子组成的分子，以及一个超冷分子等离子体（自由流动的电子组成的一种物质形式）。获得这些超冷分子的方法虽不尽相同，但均建立在激光技术上。
在叶骏制造超冷分子的过程中，所有额外的能量都被光子带走，物理学家需要准确知道要带走多少能量，需要多长的激光光波来完成。第一束激光击中松散的分子，激活它并使其进入高能状态；接着，第二束激光脉冲让能量离开分子，将分子的能量状态拉到尽可能低；最后，这两个原子就紧紧地贴合在一起成为一个分子。
“冷”化学和量子计算机
超冷分子作为研究工具的潜力极大地激发了科学家的兴趣。这样的分子能够回答科学家的一些问题，如个体分子之间的关系是怎样的。“冰冷的”化学反应非常之慢，这使得科学家有足够的时间捕捉分子间相关作用的微妙之处。研究人员能够利用冰冷的分子来探测量子力学在数据存储和传输中的实际应用。
对于许多研究人员而言，超冷将由两类原子组成的分子所支配，例如锂—铯分子和钾—铷分子。
锂—铯和钾—铷都是极性分子，一端有一个正电荷，另一端有一个负电荷，这些电荷的独立在现实世界中有非常重要的作用。例如，它们让冰稳定地飘浮在水面，因为水分子是中性的，在低温状态下，这些分子将自己组合成一些比液体水密度要小的结构。
至于钾—铷分子，阴极的钾原子同阳极的铷原子一起作用，形成了稳定的电荷独立状态，当原子更紧密地联系在一起时，这种状态变得更加稳定。
这使得超慢运动的超冷化学成为可能。知道这些分子电荷和能量状态的每个细节将允许研究人员准确地了解分子间的相互作用，这些交互作用同正常的化学反应不一样。
超冷分子可能让物理学家与量子计算机的建立更加接近，量子计算机依赖量子物理的特性来转移和存储信息，通过利用电荷分子的长范围效应，极性分子可能带来更快更安全的计算机。
制造新的物质状态
叶骏说，“冷”化学和量子计算可能不是超冷分子领域最奇怪的事情，这些极性分子表现出来的强烈偶极反应可能允许物理学家制造出自然界并不存在的新的物质状态。维德穆勒也持有相同的看法。例如一类超流体，在一个无摩擦力的系统中，分子可穿越长长的距离相互影响。
新的物质状态还可能包括超固体分子，在其中，分子被安排成一个固定的形状，在固体里面能够无摩擦地流动。由氦原子制造的第一个超固体随在2004年首度现身，但人们一直对此有争议。
美国伊利诺伊斯大学的物理学家本杰明·列弗说，令人好奇的是还可能形成一类特殊的物质。当超冷分子被它们的偶极相互作用互相绑定时，这些相互联系的分子系列能够在超导性（电子之间无摩擦的流动）上得到应用。当科学家们了解了超导性如何在极低温度下工作，就有可能制造出在高温下工作的超导物质。这将为世界电网的革新奠定基础。
（本报记者 刘霞）2008-12-23