科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞

美國科學(xué)家揭開了困擾科學(xué)界數(shù)十年的基礎(chǔ)問題。加州大學(xué)爾灣分校與洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家攜手，首次精確測(cè)定了一氯化鋁這種簡(jiǎn)單卻關(guān)鍵的雙原子分子的電偶極矩。這項(xiàng)突破性成果發(fā)表于最新一期《物理評(píng)論A》雜志，將為量子技術(shù)、天體物理及行星科學(xué)等領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)影響。

分子中的正負(fù)電荷“分庭抗禮”時(shí)，就會(huì)形成電偶極矩，導(dǎo)致電子分布不均。以一氯化鋁為例，其電偶極矩不僅主導(dǎo)分子間及其與環(huán)境的作用機(jī)制，更深刻影響著其化學(xué)鍵形成、溶劑反應(yīng)等過程。在物理學(xué)和天文學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)家可以利用電偶極矩使相鄰分子相互作用，例如，使其發(fā)生量子糾纏等。

一氯化鋁已成為超冷量子計(jì)算平臺(tái)的重要候選材料。在該領(lǐng)域，需要精準(zhǔn)了解由電偶極矩驅(qū)動(dòng)的分子間相互作用。然而此前，科學(xué)界僅能通過理論估算其電偶極矩值——約1.5德拜（1德拜=3.336×10^-30庫侖·米）。

在最新實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，通過定制激光系統(tǒng)、真空裝置和高精度光譜分析設(shè)備，在真空環(huán)境中生成一氯化鋁分子束并解析其光譜特征，最終測(cè)得其電偶極矩的精確值為1.68德拜，同時(shí)顯著提升了理論模型的準(zhǔn)確度。

研究團(tuán)隊(duì)表示，無論是深化對(duì)遙遠(yuǎn)恒星的認(rèn)知，還是實(shí)現(xiàn)下一代量子計(jì)算機(jī)，精確測(cè)量一氯化鋁的電偶極矩是解鎖未來發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)性一步。

例如，人們已在處于恒星演化后期階段的漸進(jìn)巨星的大氣內(nèi)檢測(cè)到一氯化鋁，準(zhǔn)確的電偶極矩?cái)?shù)據(jù)有助科學(xué)家了解這種恒星發(fā)出星光的分子特征。此外，對(duì)詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡等尖端設(shè)備觀測(cè)數(shù)據(jù)的解析，也將因這一測(cè)量結(jié)果而更加可靠。

研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)探索一氯化鋁，也希望借助最新技術(shù)研究其他分子和原子，為天體化學(xué)、基礎(chǔ)物理學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。他們的下一個(gè)目標(biāo)是次氟酸，這種特殊物質(zhì)可能成為檢驗(yàn)物理標(biāo)準(zhǔn)模型邊界的新工具。