在20世纪90年代中期创造出原子的玻色-爱因斯坦凝聚体之后，科学家们的一个主要目标就是制备分子的玻色-爱因斯坦凝聚体。目前。虽然技术困难依然存在，但成功已近在咫尺——

某些原子在超低温下可以发生相变形成玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）——物质的一种非同寻常的量子状态，在这种状态中所有原子都处于同一量子态上。原子越重，它的凝聚温度就越低。那么，重的粒子——分子也能被凝聚吗？此外，分子是具有复杂的内部结构的复合体，这会带来严重的概念性问题——到底能否存在稳定的分子凝聚体？

在过去的几年中，制备分子的凝聚体已经成为玻色-爱因斯坦凝聚现象物理学的一个主要研究目标之一。如果这种凝聚体被制备出来，它将能够催生新的分子光谱学和分子碰撞物理学，打开通往超冷量子化学新应用甚至是量子计算的大门。在2002年5月30日出版的《自然》杂志上，唐利（Donley）等人报道了一个离形成分子的玻色-爱因斯坦凝聚体已近在咫尺的实验。

自从1995年首次制备成功碱金属原子的玻色-爱因斯坦凝聚体以来，我们已高兴地看到玻色-爱因斯坦凝聚体的基本性质——从原子激光的相干性到凝聚体的超流行为的实验研究取得了突飞猛进的发展。不严格地说，玻色-爱因斯坦凝聚体与原子的关系就好比是激光与光子的关系：激光显著的相干性和亮度与原子的玻色-爱因斯坦凝聚体的性质存在着相应的对应物。在实验中，唐利等人已经在原子的玻色-爱因斯坦凝聚体中探测到了铷原子对之间的相干碰撞和铷分子。这离最后证明原子的玻色-爱因斯坦凝聚体中形成的分子具有分子的玻色-爱因斯坦凝聚体所应具有的相干性只差很小的一步。一旦对分子云团直接成像的技术手段准备到位，跨越这一步将是毫无疑问的。

目前有好几种制备分子的玻色-爱因斯坦凝聚体的方案。人们可以按下述制备原子的玻色-爱因斯坦凝聚体的方法来制备分子的玻色-爱因斯坦凝聚体：首先对分子进行预冷，然后再把它们送人磁势阱，使它们在势阱中进一步冷却至温度低于发生玻色一爱因斯坦凝聚相变的临界温度。但是，在原子物理学中发展起来的激光冷却技术对分子却未必适用。因此，显然需要采用新的思路冷却分子。例如，为使分子达到超低温度，一个有希望的方法是可以利用原子的玻色-爱因斯坦凝聚体作为“冰箱”来冷却分子。

图为发现“碱金属原子稀薄气体玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）"获得2001年度诺贝尔物理学奖的卡尔 · 维曼（左）和埃里克 · 科内尔

唐利等人采用的另一种制备分子的玻色-爱因斯坦凝聚体的方法是，先从制备原子的玻色-爱因斯坦凝聚体开始，然后再把凝聚的原子转化成分子。这其中的关键是冷原子之间的碰撞相互作用。当两个原子相互接近并碰撞时，可以在碰撞期间用激光对原子进行俘获并把它们转化成分子——这种技术是由海因泽（Heinzen）及其同事研究开发出来的。唐利等人在他们的铷原子实验中，利用磁场“调整”两个相互碰撞的原子的能量以使这对原子形成一个“准束缚”、长寿命分子态。

但是，通常只有一部分原子能被转化成分子。因此，根据量子力学原理，系统将处于原子和分子的“叠加态”——即处于一种其粒子同时既是原子又是分子的状态，而不是我们的经典理论所期待的原子和分子的简单混合物。为了辨别叠加态和混合物，唐利等人利用了叠加在一起的但化学上并不相同的原子和分子态之间的量子干涉效应。他们所采用的实验装置和经典的干涉仪相类似，其中分子相当于干涉仪的一个臂，原子相当于另一个臂。实际上，正如最近的理论工作描述的那样，这一模型多少有些过于简单，因为在原子碰撞过程中产生的热原子而不只是原子的玻色-爱因斯坦凝聚体在系统中起着重要的作用。尽管如此，在这个引人注目的实验中观测到的干涉图样首次证明了原子对和分子态可形成相干量子叠加态。

倘若我们已经能够制备出分子的玻色-爱因斯坦凝聚体，我们还应该期望去研究什么呢？首先，冷分子光谱学中有很多东西等待人们去发现；其次关于分子的碰撞特性也存在着广阔的未知领域。此外，利用分子还可导致原子物理学中没有遇到的新型凝聚体——分子可以具有电磁偶极矩，因而可形成具有丰富特征和状态的极性气体。上述这些相互作用效应为德米尔（DeMille）准备用可控的方式使分子纠缠以用于量子计算的计划提供了基础。分子的玻色-爱因斯坦凝聚体还将成为纯量子领域的超冷化学的开端，揭示零温度化学反应的物理机理。

我们正在进入一个新的阶段。玻色-爱因斯坦凝聚现象物理学前些年的研究工作主要致力于利用原子物理学和量子光学为工具探索凝聚体的基本性质，而分子的凝聚是一项把我们引入新的研究方向的多学科性的进展。另一个研究对象是光晶格，在光晶格中稀薄原子气体（原子的玻色-爱因斯坦凝聚的研究起点）可形成具有可控相互作用参量的强相关系统。唐利所在的实验室正在向迄今为止仅仅停留在理论上的凝聚态物质物理学问题发起了冲击。

[Nature，2002年5月30日]