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冷凝物获得诺贝尔奖

05 Nov 2001

在气体中首个玻色-爱因斯坦冷凝物的产生获得突破后仅六年就获得了诺贝尔物理学奖。

所有的微笑

’的论文将翻译成德语并发表。他还延长了玻色’s对具有质量的粒子进行计算,结果表明,在足够低的温度下,它们都会凝聚成相同的量子基态。在接下来的70年里,物理学家努力制造出玻色-爱因斯坦凝聚体–有时被称为物质的第五状态– in the laboratory.

然后,在1990年,科罗拉多大学的卡尔·威曼(Carl Wieman)聘请了埃里克·康奈尔(Eric Cornell)在博尔德的JILA实验室研究该问题,该实验室由该大学与美国国家标准与技术研究院(NIST)共同运营。最终,1995年6月5日凌晨10:54,康奈尔大学,威曼大学和他的同事们设法在超冷rub原子气体中实现了玻色-爱因斯坦缩合(BEC)。

这一发现在世界各地成为头条新闻,并对这一独特物质状态的产生和性质展开了深入研究。此后,已有30多个小组结露,每个月都有新的突破报告。

1995年8月,Randall Hulet’得克萨斯州莱斯大学的一个研究小组报告了无定论的证据,表明锂原子气体中存在冷凝物–一年后他们确认–1995年9月,沃尔夫冈·凯特尔(Wolfgang Ketterle)和麻省理工学院的同事们创造了钠原子中的缩合物。上个月,瑞典科学院授予康奈尔,凯特尔和维曼2001年诺贝尔物理学奖–根据最近的标准获得相对较快的奖励。

玻色-爱因斯坦基础知识

在Bose缩合物中,原子的de Broglie波长与平均原子间间距相当,这使原子凝聚成相同的量子基态。冷凝物中的所有原子都由相同的量子波函数描述,这赋予了它许多不寻常的特性(请参阅“玻色-爱因斯坦凝聚”由Christopher Townsend,Wolfgang Ketterle和Sandro Stringari创作 物理世界 1997年3月,第29-34页)。

自从最初的突破以来,玻色凝露已被用于生产原子激光器–类激光束,其中光子被原子取代–并研究基本的物理过程。“BEC现在正在向不同的方向发展,包括原子光学和诸如超流,” says Ketterle.

原子可以是玻色子或费米子–后者是遵循排斥原理的粒子,因此不能以相同的量子态聚集–取决于它们的固有角动量或“spin”。物质的基本成分–夸克和电子–是所有费米子,但如果原子包含偶数个夸克和电子,它们就是玻色子。

生产Bose冷凝液时的挑战是冷却气体,以使原子之间的平均距离变得很小,而原子不会形成分子或气体变为液体。博尔德团队设法通过首先用激光冷却气体在in 87中实现了这一目标–使用获得1997年诺贝尔奖的技术– and then using “evaporative”在磁阱中冷却。他们最初的冷凝物由冷却到20 nK的2000个原子组成。麻省理工学院的第一个冷凝液含有50万个钠原子,1996年末Ketterle及其同事观察到两种膨胀冷凝液之间的干扰–明确的证据表明所有原子都可以用相同的波函数描述。

虽然Boulder和MIT小组带头探索了冷凝物的性质,但其他小组却通过氢气,氦气4 、, 85和钾41实现了BEC。 1999年,由黛博拉·金(Deborah Jin)领导的另一个在博尔德的团体“quantum degeneracy” –玻色缩合的铁离子当量–在含有40个钾原子的气体中

反应与应用

“奖金肯定是送给了正确的人,”佐治亚州南方大学(Southern Georgia University)BEC主页的负责人马克·爱德华兹(Mark Edwards)说。“埃里克·康奈尔和卡尔·威曼’作为20世纪的经典实验之一,其原始实验可能会载入史册。沃尔夫冈·凯特尔(Wolfgang Ketterle)之所以值得获奖,是因为他和他的同事(比其他任何小组都多)进行了能够阐明冷凝物特性的实验。”

康奈尔,凯特勒和维曼是“correct choice”牛津大学的Keith Burnett表示同意。“他们以极大的决心,技巧和勇气努力获得了第一批冷凝物。”

那么,最终的Bose-Einstein实验是什么,其应用是什么?“一个伟大的实验是在芯片上使用BEC原子干涉仪,另一个是在较小尺寸下研究BEC,” says Ketterle. “中期应用将用于精密计量,而长期应用将用于纳米技术。投机应用包括量子计算机。”

康奈尔现年39岁,从麻省理工学院获得博士学位,目前是NIST的高级科学家。凯特勒1957年出生于德国,在慕尼黑获得博士学位,现在是麻省理工学院的物理学教授。维曼(Wieman)出生于1951年,在斯坦福大学获得博士学位,是科罗拉多州的物理学教授。该奖项价值一千万瑞典克朗– about £730 000 –三人将于12月10日在斯德哥尔摩获得诺贝尔奖章。

进一步阅读

物理世界 PhysicsWeb和PhysicsWeb发表了许多有关Bose-Einstein凝聚的文章。看到:

玻色-爱因斯坦凝聚 物理世界 1997年3月p29-34

年度亮点:1997年 PhysicsWeb 1997年12月

物质波放大 PhysicsWeb 1998年2月

年度亮点:1998年 PhysicsWeb 1998年12月

氢:最后的一种量子气体 物理世界 1999年2月p22

量子刹车亮起来 PhysicsWeb 1999年2月

事情引起波澜 PhysicsWeb 1999年3月

量子纠缠扩散到玻色子凝聚物 PhysicsWeb 2000年6月

原子激光器 物理世界 1999年8月pp31-35

费米子变质 PhysicsWeb 1999年9月

旋转时凝结 PhysicsWeb 1999年10月

年度亮点:1999年 PhysicsWeb 1999年12月

玻色-爱因斯坦凝聚物中的分子 PhysicsWeb 2000年2月

玻色-爱因斯坦凝聚破裂 PhysicsWeb 2001年7月

Bose冷凝物三重优先 物理世界 2001年5月p21

冷凝水控制可能导致‘atom circuits’ PhysicsWeb 2001年10月

冷凝物产生约瑟夫森阵列 PhysicsWeb 2001年8月

用冷原子驯服光 物理世界 2001年9月pp35-40

冷凝物获得诺贝尔奖 物理世界 2001年11月p5

以下摘要 物理世界 文章出现在PhysicsWeb上

超冷费米子竞赛开始了 物理世界 1999年8月p19

玻色子凝结物使量子跃进 物理世界 1999年8月pp37-42

量子流体在实验室引起轰动 物理世界 2000年1月pp20-21

放大器意味着原子光学的增益 物理世界 2000年3月p24

混沌助长了量子隧穿 物理世界 2001年9月pp24-25

以下文章仅出现在以下印刷版本中: 物理世界

磁阱创下新低 物理世界 1995年7月p21

原子失去身份 物理世界 1995年8月p21

玻色突破 物理世界 1995年12月p8

翻转原子激光器上的开关? 物理世界 1996年10月p18

冷凝水去 物理世界 1998年8月p5

Condensation in a 旋转 物理世界 1999年3月p5

双首接近绝对零 物理世界 2001年4月p3

冷凝物变得容易 物理世界 2001年8月p3

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