Облако молекул 41K87Rb, удерживаемое в оптической ловушке, расширяется, как туман на рассвете. Каждая молекула — слабосвязанная пара атомов калия и рубидия, висящая на грани диссоциации. Охладить такое облако до почти абсолютного нуля, не развалив молекулы, — задача, которая долго не поддавалась. Теоретики смоделировали процесс, в котором короткий импульс ловушки действует как линза, фокусирующая движение молекул. Результат: энергия расширения падает до десятков пикокельвинов, а внутренняя структура молекул остаётся нетронутой.

Метод, известный как дельта-кик коллимация, давно используется для атомов: короткий импульс ловушки сжимает облако, а затем оно расширяется с меньшей энергией. Для молекул всё сложнее: удар может возбудить колебания атомов внутри молекулы и разорвать её. Авторы построили классическую модель связанной динамики центра масс и относительного движения атомов, усреднив быстрые колебания. Оказалось, что связь между этими движениями на три порядка слабее энергии центра масс. За время удара в 150 микросекунд в колебания передаётся лишь около 100 пикокельвинов — в 60 000 раз меньше энергии связи молекулы. Молекулы выживают.

Моделирование в разных режимах — конденсат Бозе-Эйнштейна, гидродинамическое и тепловое облако — показало, что выигрыш в энергии расширения достигает более 550 для конденсата и снижается до 90 для чисто теплового облака. Это означает, что метод работает даже при относительно высоких температурах, хотя эффективность падает. Практическая ценность огромна: охлаждённые молекулярные облака нужны для интерферометрии, где фаза волновой функции молекулы чувствительна к гравитации. Такие интерферометры могли бы проверить универсальность свободного падения с беспрецедентной точностью — вопрос, который волнует физиков со времён Галилея.

Перспектива метода выходит за рамки одной молекулы. Дельта-кик коллимация может быть реализована на существующих установках, включая BECCAL и Cold Atom Laboratory на МКС. Одновременная коллимация двух видов атомов упростит дифференциальную интерферометрию, где сравниваются траектории разных частиц. В конечном счёте это путь к созданию вырожденных молекулярных газов — состояний, где квантовая природа молекул проявляется макроскопически. Линза для молекулярного облака уже отшлифована; осталось направить её на небо.