自1960年激光發明以來，它們(men) 總是發出熱量，或者作為(wei) 一個(ge) 用途廣泛的工具，一種副產(chan) 品，也經常以一種虛構的方式被用來征服銀河係的敵人。

但是這些激光束卻從(cong) 來沒有用來冷卻液體(ti) 。華盛頓大學的研究人員首次解決(jue) 了這個(ge) 存在了幾十年的難題，他們(men) 在現實條件下，實現了用激光冷卻水和其它液體(ti) 。

這一研究成果發表於(yu) 11月16日出版的《美國國家科學院院刊上》，該團隊利用紅外激光將水冷卻到36華氏度，這是該領域的一項重大突破。

“如果你看過電影星球大戰，就會(hui) 知道電影裏麵的激光炮能夠使物體(ti) 升溫。而這一次，是首次利用激光束在日常條件下冷卻像水這樣的液體(ti) ，” 這篇論文的主要作者，也是華盛頓大學材料科學與(yu) 工程專(zhuan) 業(ye) 助理教授Peter Pauzauskie說。“這種做法是否能夠成功，確實是一個(ge) 懸而未決(jue) 的問題，因為(wei) 我們(men) 都知道，水被光束照亮，就會(hui) 變暖。”

這個(ge) 發現能夠幫助工業(ye) 領域，利用集中光束在一個(ge) 微小的麵積裏實現“點冷”操作。舉(ju) 個(ge) 微處理器的例子，可能會(hui) 有那麽(me) 一天，使用激光束來冷卻計算機芯片中的特定部件，以防止過熱，這樣也能讓信息處理的效率更高。

科學家們(men) 也能利用激光束，在細胞分裂或自我修複時，通過精確地冷卻細胞的一部分，減緩它們(men) 的分裂和自我修複過程，從(cong) 而讓研究人員有機會(hui) 了解細胞是如何工作的。也可以在神經網絡中單獨冷卻一個(ge) 神經元——隻是讓這個(ge) 神經元不再活躍，並沒有損害它——通過這種方式來了解附近的神經元如何繞過它以及實現自我修複。

“對於(yu) 細胞如何分裂，分子和酶如何實現它們(men) 的功能，還有許多令人感興(xing) 趣的方麵，但在以往卻沒有辦法做到通過冷卻的方式來研究它們(men) 的特性，” Pauzauskie說，他也是來自華盛頓州裏奇蘭(lan) ，美國能源部的太平洋西北國家實驗室的科學家。“利用激光冷卻，有點像將電影中的生命的活動過程進行慢動作展示，優(you) 點是，你不需要冷卻整個(ge) 細胞，如果冷卻整個(ge) 細胞就會(hui) 殺死它或改變它的行為(wei) 。”

華盛頓大學的研究團隊選用紅外光作為(wei) 冷卻激光，實現在生物學領域的應用，因為(wei) 可見光會(hui) 對細胞有破壞作用，能夠將它們(men) “曬傷(shang) ”。他們(men) 證實激光也能冷卻鹽水和細胞培養(yang) 基(在遺傳(chuan) 和分子研究領域常用)。

為(wei) 了實現這項突破，華盛頓大學研究團隊使用了商業(ye) 激光領域常見的一種材料，但本質上卻與(yu) 激光現象相反。他們(men) 用紅外激光照射一個(ge) 懸浮在水中的微小晶體(ti) ，激發出一種獨特的光線，這個(ge) 光線的能量比光吸收的能量要稍微多一點。

這種高能光從(cong) 晶體(ti) 和包圍著它的水中帶走了熱量。首次激光冷卻過程是1995年美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室在真空條件下實現的，近20年後在液體(ti) 中，再次實現了這個(ge) 過程。

通常情況下，激光晶體(ti) 的生長是一個(ge) 昂貴的過程，需要花費大量的時間和美元，隻能生產(chan) 僅(jin) 僅(jin) 一克材料。華盛頓大學的研究團隊還發明了一個(ge) 低成本的水熱方法，可用於(yu) 製造著名的激光晶體(ti) ，以更加快捷、低成本和可擴展的方式實現激光冷卻應用。

華盛頓大學的研究團隊還設計了一種儀(yi) 器，使用激光阱(類似於(yu) 微牽引光束)，將一個(ge) 侵入液體(ti) 中的納米晶體(ti) “困在”液體(ti) 室裏，並用激光照射它。為(wei) 了確定液體(ti) 是否冷卻，這個(ge) 儀(yi) 器能夠投射粒子的“影子”，通過這種方式研究人員能夠觀察它運動過程中每分每秒的變化。

當周圍的液體(ti) 變冷時，被困住的顆粒就會(hui) 慢下來，從(cong) 而讓研究團隊清楚地觀察冷卻效果。他們(men) 還設計了一種晶體(ti) ，當冷卻時能夠實現從(cong) 藍綠到泛紅的顏色變化，就像一個(ge) 內(nei) 置的彩色溫度計。

“這個(ge) 項目的真正挑戰是建造一個(ge) 儀(yi) 器，以及設計一種方法，利用與(yu) 困住晶體(ti) 相同光線的特征，也能夠確定這些納米晶體(ti) 的溫度，”論文的主要作者派登 羅德說，他剛剛獲得威斯康辛大學材料科學與(yu) 工程專(zhuan) 業(ye) 博士學位，目前在英特爾工作。

到目前為(wei) 止，華盛頓大學的研究團隊僅(jin) 僅(jin) 展示了單一納米晶體(ti) 的冷卻效果，而激發多個(ge) 晶體(ti) 需要更多的激光能。激光冷卻過程目前比較耗能，Pauzauskie說，下一步的研究包括尋找提高效率的方法。

有一天，冷卻技術本身也可以通過高功率激光，用來實現製造、電信或國防領域應用，而目前高功率激光往往容易過熱以及將物體(ti) 融化。

“因為(wei) 利用激光冷卻液體(ti) 之前是不可能做到的，所有現在人們(men) 不會(hui) 一下子就想到如何利用這項技術來解決(jue) 問題，”他說。“我們(men) 就感興(xing) 趣的是，我們(men) 的研究對其他科學家或企業(ye) 的想法產(chan) 生何種影響，會(hui) 不會(hui) 影響他們(men) 的基礎研究或底線，讓他們(men) 不再墨守成規或固執己見。”