物理学家终于测量出，一种长期以来都只是理论上的、由光与物质所构成的分子

物理学家们刚捕捉到，在一种键结松散的分子中，光可以作为原子之间的「胶水」。

理论基础

奥地利因斯布鲁克大学（University of Innsbruck）的物理学家马提亚斯·桑莱特纳（Matthias Sonnleitner）博士后研究员说：「我们第一次成功地在控制的方法下，使数个原子极化在一起，在它们之间创造出可量测的吸引力。」

原子以各种方式连接来形成分子，而这些方式都包括电荷的交换，作为一种超级胶。 有些会共享带负电的电子，形成相对强的键结，最简单的从比如我们经常吸入的氧气，就是两颗连体的氧原子所形成，到漂浮在太空中的复杂烃。 有些原子则凭借它们整体电荷上的差异而互相吸引。

电磁场能够改变原子周围电荷的排列。 由于光是一种快速变化中的电磁场，因此理论上，一阵方向被适当引导的光子雨，可以将电子推到适当的方向，而看到它们键结。

维也纳工业大学（Technical University of Vienna，TU Wien）的物理学家菲利普·哈斯林格助理教授（Philipp Haslinger）解释说：「如果你现在打开外部电场，会改变一点电荷分布。 正电荷会稍微往一个方向偏移，负电荷会稍微往另一个方向偏移; 此时原子突然有正极端与负极端，它就被极化了。」

实验设计

哈斯林格助理教授、TU Wien 的原子物理学家米拉·麦沃格博士（Mira Maiwöger）与其同事们使用了超冷铷原子来展示出，光确实能够以几乎相同的方式来极化原子，让本来中性的原子变得有点黏性。

麦沃格博士说：「这是一个非常弱的吸引力，所以你必须非常小心地进行实验，才有办法测量它。 如果原子有很多能量，且正快速移动的话，那吸引力很快就会消失了。 这就是为何我们使用极冷的原子。」

研究团队使用了磁场，在单一平面中一镀金的芯片底下，捕获约5000颗原子的原子云。 在那里，他们将原子冷却到趋近绝对零度（摄氏 -273 度），形成准凝态（quasicondensate）。 如此一来，铷粒子开始集体行动，并且共享性质，就如同它们在物质的第五态般，但程度完全不同。

藉由激光照射，原子承受了各式各样的力。 举例来说，来自入射光子的辐射压力能够将原子沿着光线方向推动。 同时，电子间的反应能够将原子拉往光线最强烈的部分。

实验发现

为了侦测在此电磁场的激流当中，被认为会出现在原子间的微弱吸引力，研究人员必须进行一些仔细的计算。.

当他们把磁场关掉时，在原子抵达激光光场之前，它们会自由落体约 44 毫秒。 在该激光光场，研究人员亦使用择面照明荧光显微技术（light sheet fluorescence microscopy，LSFM）来拍摄影像。 在自由落体之间，由于原子云自然地扩张，所以研究人员能够在不同密度之处进行测量。

在较高密度处，麦沃格博士与其同事发现，在他们拍摄的观测影像中，有达18%的原子消失了。 他们相信，消失的原因是由于光所协助造成的碰撞，将铷原子从原子云当中被踢出。

这展示出了部分发生中的事，不是只有入射光影响着原子，还有其他散射原子的光也是。 随着光碰触到了原子，光就给了它们极性。

取决于所使用的光的类型，原子不是被更大的光强度所吸引，不然就是被排斥。 因此，它们不是被推向低光强度区域，就是被推向高光强度区域，但在每个情况下，它们最终都会聚集在一起。

麦沃格博士与其同事们在论文中写到：「通常的辐射力、与（由光触发的）互动间最基本的不同在于，后者是有效的粒子与粒子间的互动，是由散射的光所调节的。 它并没有将原子们困在固定的位置（比方说激光光的焦点），而是将它们拉向粒子密度最大的区域。」

未来应用

虽然这股将原子聚集起来的力，比起我们更熟知的分子力还要来得弱，但是在大尺度上，它就能够加大。 它们可以使放射模式与共振线偏移，而这些特征是天文学家所用来告知我们，他们对天体的理解的特征。 它也可以帮助解释分子是如何在太空中所形成的。

哈斯林格助理教授说：「在广袤的太空当中，微小的力量可能扮演重要的角色。 在此，我们首次能够展示出，电磁辐射可以在原子之间产生力，这可能可以帮忙在还没有解释过的天体物理学情境中阐明新观点。」

引用数据 ：

Koumoundouros, T., (2022, August 4). Physicists Finally Measure a Long Theorized Molecule Made From Light And Matter. ScienceAlert
Maiwöger, M. et al., (2022, July 27). Observation of Light-Induced Dipole-Dipole Forces in Ultracold Atomic Gases. Physical Review X. doi/10.1103/PhysRevX.12.031018
图片来源：https://www.sciencealert.com/physicists-finally-measure-a-long-theorized-molecule-made-of-light-and-matter（图：Harald Ritsch/TU Wien）

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