八十多年前，物理学家爱因斯坦做出了一个预言：玻色子在极低温度下会形成玻色-爱因斯坦凝聚体。自从那个时候开始，冷原子就为新的理论创新和实验研究开辟了阵地。

由于冷原子的纯净性和相互作用的可调性，冷原子系统为探索和研究新奇物理提供了理想的平台[1]。

得益于激光冷却原子技术的发展，1995年美国JILA和MIT的E. Cornell、W. Ketterle和C. Wieman等人首次在碱金属原子气体中实现玻色-爱因斯坦凝聚，并获得2001年度诺贝尔物理学奖[15]。玻色-爱因斯坦凝聚的试验成功，说明了人类对量子具有了一定的控制的能力。自此冷原子和冷分子领域的研究经历了20余年的高速发展，特别是实验上结合Feshbach共振、光晶格、人造规范势等高度灵敏量子调控技术取得巨大进展，成为一个独特的理想实验平台，对原子、分子与量子光学、凝聚态物理、量子信息、精密测量，乃至核物理与粒子物理等多个研究领域产生重大影响[15]。　

因此到现在为止，冷原子研究成为了世界上科技强国们的香饽饽。以美国为例，为了能在冷原子研究领域占得先机以及优势，哈佛-麻省理工学院，JILA研究所，斯坦福大学，杜克大学等等一系列世界知名学府都成为了冷原子世界的开拓者。来自欧洲的英国剑桥大学，瑞士苏黎世理工，意大利佛罗伦萨LENS等也不甘示弱，加大了对冷原子方面的投入及研究。甚至一些亚洲国家，也加入了这场竞争。

冷原子与冷分子研究的总体目标是发展高精度的人工操控，与超高分辨的原位测量等实验技术，结合多种调控技术，构建量子多体物理模拟和调控的物理平台，发现宏观量子相干体系中的新奇量子物态及其相变，探索非平衡物理的特性，研究基于该体系的量子模拟和精密测量，为新奇量子物态为基础的量子信息与量子计算方面的应用奠定基础，推动未来信息和材料产业领域取得重大科学与技术突破。我国山西大学于2007年获得超冷Cs2分子样品研究其长程态光谱特性，获得了基态超冷RbCs分子量子气体，实现其量子态的外场操控;中科院物理所开展了对极性Feshbach分子的研究[15]。这些突破显示出我国在超冷原子量子模拟相关研究方向上已走在国际最前列。

最近在中性原子中，人们实现了人工规范势和自旋—轨道耦合相互作用，从而为模拟规范势中的新奇量子现象提供了可能[1]。自旋轨道耦合是量子物理学中基本的物理效应。研究表明，自旋-轨道耦合可以带来一系列新奇物理现象。人们发现在自旋-轨道耦合的存在下，冷原子之间的相互作用发生了改变。例如，自旋-轨道耦合可以使两体散射的波函数的短程行为发生改变，引起混合分波散射。由于自旋-轨道耦合引起了低能态密度的改变，从而使得两体束缚态的存在条件发生了变化。对于费米原子气体，由于自旋-轨道耦合能把s波和p波散射通道耦合起来，仅仅由单纯s波相互作用可以诱发p波的超流BCS配对。这个有效的配对为新奇的拓扑超流态和Majorana费米子的实现提供了关键性的条件。[1]

2. 研究的基本内容与方案