冷却原子技术的获奖,使得2001年度诺贝尔物理学奖格外引人注目。受聘于美国麻省理工学院(MTT)的德国科学家沃尔夫冈 · 科特勒(Wolfgang Ketterle,右1)以及JILA(一个位于科罗拉多州玻尔德的交叉科学研究中心)的卡尔 · 维曼(Carl E. Wieman右2)和美国国家标准与技术研究所的埃里克 · 康奈尔(Eric A. cornell,右3)由于他们在玻色-爱因斯坦凝聚(BESCs)方面的工作而荣获本年度的诺贝尔物理学奖。

这种新形态的物质(在这种形态下,一群原子的行为就像一个原子的行为一样)首先是由维曼和康奈尔在1995年发现的。他们通过把铷原子冷却到接近绝对零度(相差不到百万分之一)而得到了上述新物态。仅仅一个月后,MTT的科特勒小组就采用这种方法创造出了一种凝聚态物质。

1924年,爱因斯坦在印度物理学家玻色工作的基础上,首先从理论上提出了BECs的存在性。粒子可以分为玻色子和费米子两大类。量子理论认为,两个费米子不同时占据相同的量子态,但是任何数目的玻色子都可以同时位于同一个量子态。爱因斯坦预言,在非常低的温度下,所有的玻色子(如JILA小组所用的铷原子)都可以处于同一状态,从而其行为就像一个原子一样。后来,人们把这种状态称为玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)。

首次观察到的玻色-爱因斯坦凝聚现象

但是,在实验上实现BECs却用了很长时间。维曼和康奈尔1995年的发现曾在基础物理界掀起了一场风暴。随后,科特勒和他在MIT的同事们则进一步阐明了这种凝聚态物质的诸多性质。这次获奖者的工作使检验量子理论的诸多实验成为可能。

很少有物理学奖像今年这样得到广泛的认同。当1995年发现了这种凝聚态时,就有人认为它应当获得该年度的诺贝尔物理学奖。另外一些物理学家则认为他们将获得1997年度的物理奖,但是该年度的物理奖授予了原子俘获技术的先驱们(当然,这也是理所当然的);而维曼、康奈勒和科特尔正是采用这种技术冷却原子的。当然,原子俘获技术的获奖,也使得他们的获奖变得水到渠成了。

现在,关于BECs的研究仍然十分活跃。例如,雅格布 · 莱赫及其在路德维希-马科斯大学(在德国慕尼黑)的同事们最近研制出了一种“原子芯片”。在这种芯片中,可以通过电磁场来控制凝聚态的运动,使其悬浮在一个电子电路上面。BECs也使人们可以进一步了解一种尚未完全被理解了的现象——量子纠缠,而量子纠缠则是未来量子计算机的重要特征。

当然,尽管存在着种种的可能性,可是对于这一工作的直接应用离现实还比较遥远。但是,巴黎高等师范学院的克洛德 · 科昂-塔努吉(1997年诺贝尔物理奖获得者)提出:“我敢肯定,必然会有令人着迷的应用。”

[Nature,2001年10月11日]