分子的三维磁光阱

磁光阱是冷原子物理的基础。它让人们可以从室温情况下收集和冷却原子，从而进一步实现量子简并气体。因此，实现分子的三维磁光阱囚禁可以说是分子冷却的一个大突破。几个月前就听到消息，Yale大学DeMille小组实验上观测到了SrF的三维磁光阱。不过文章是最近才在Arxiv上出现。

2010年时，他们小组在Nature发了一篇文章，利用SrF分子能级“准闭合”的特点，利用激光冷却实现了分子的激光冷却（Nature 467, 820–823 (2010).）。既然可以实现分子的激光冷却，自然地，下一个目标就是分子的囚禁。因此大家都希望实现分子的磁光阱冷却。2013年，JILA的叶军小组实现了YO分子的二维磁光阱冷却（Phys.Rev. Lett. 110, 143001 (2013)）。最新arxiv上，DeMille小组发布了SrF的三维磁光阱囚禁（arXiv:1404.5680）。

图1：MOT能级示意图和实验光路图。

MOT的原理和原子情况类似，只是分子具有更复杂的能级结构和更复杂的冷却技术。实验能级图如图，用EOM调制频率来泵浦各个磁子能级。为了节省激光功率，他们使用了折叠光束，一束光激光多次反射来实现六束激光。

下图是MOT的CCD照片。文章中给出数据，MOT中分子数大概为400个。温度为2mK左右，MOT的寿命在50ms量级。因为信号是如此微弱，为了得到好的信噪比，他们做了非常多的平均。下图中每张照片是600次平均后结果。四张图分别是磁场方向和偏振的不同组合。将偏振和磁场方向同时反转后，可以同样实现MOT。

图2： MOT图片。

文章中用了三种不同的方法来测量MOT的温度。第一种方法是测量MOT中的囚禁频率，通过分子团的尺度来估算温度。测量囚禁频率的方法就是移动分子团位置，看分子团在MOT中的振荡，给出的温度是2.5（2）mK和2.0（1）mK。第二种方法是时间飞行法（TOF）。给出的结果是小余2.7（3）mK和2.1（1）mK。第三者方法是关闭MOT，过一段时间再打开MOT，观测能抓住多少分子。如果温度高，分子团膨胀就更快，能抓住的分子就更少。这种方法给出的结果是小余2.7（6）mK。三种方法相互符合。

图3：（1）测量MOT的势阱频率。（2）TOF测量MOT的温度。（3）测量MOT的寿命。

文章中还测量了MOT的寿命。测量的结果比一般预想要小很多。它比光泵浦到暗态的时间（1s）短很多，也比和缓冲气体He的碰撞时间常数小很多。文章中认为是分子和光的相互导致的。估计人们很快能学到很多其他意想不到的东西。