他因发明了用激光冷却和俘获原子的方法获1997年诺贝尔物理学奖

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Unit 1Alfred Nobel: A Man of PeaceContentI．Leading inII．Text AudioIII．Sentence AnalysisIV．Word StudyV．ExercisesVI．Spotlight on GrammarI.Leading in1)Pictures2)Discussion:A. Has there been any Chinese people (including overseas Chinese)awarded the Nobel Prize? Name them and the awards they win.KeyB. Do you know the English name for the six awards? Listen to thefollowing audio clip to find the answer.3)Listen to the audio clip and take down the name of the six awards.(打开连接即可听音频)Check ScriptII. Text Audio(打开连接即可听音频)1. The newspaper story continued, giving Alfred Nobel’s age, nation, and otherinformation about his business.(Para. 1)♠story: a report in a newspaper or news broadcast about a recent event （报纸或广播中的）新闻报道♠Meaning: The newspaper story went on, telling readers how old Alfred Nobel was, where he was from and what he did for business.♠中文翻译：那家报纸继续报道了他的年龄、国籍及其他有关他生意的信息。

1990～1999年度诺贝尔奖获奖名录1990年12月10日第九十届诺贝尔奖颁发。

美国科学家弗里德曼、肯德尔、加拿大科学家泰勒因发现夸克的第一个证据而共同获得诺贝尔物理学奖。

美国科学家科里因创立关于有机合成的理论和方法获诺贝尔化学奖。

美国医生默里因成功地完成第一例肾移植手术、美国医生托马斯因开创骨髓移植而共同获得诺贝尔生理学或医学奖。

墨西哥作家帕斯因作品“体现了一种完整的人道主义”获诺贝尔文学奖。

苏联总统戈尔巴乔夫获诺贝尔和平奖。

美国经济学家马克威茨因发展了有价证券理论、美国经济学家米勒因对公司财政理论的贡献、美国经济学家夏普因提出资本资产定价模式而共同获得诺贝尔经济学奖。

1991年12月10日第九十一届诺贝尔奖颁发。

法国科学家热纳因把研究简单系统有序现象的方法，应用到更为复杂物质、液晶和聚合体的组合上作出贡献获诺贝尔物理学奖。

瑞士科学家恩斯特因对核磁共振光谱高分辩方法发展作出重大贡献获诺贝尔化学奖。

德国科学家内尔、扎克曼因发现细胞中单离子道功能，发展出一种能记录极微弱电流通过单离子道的技术而共同获得诺贝尔生理学或医学奖。

南非女作家戈迪默因小说《贵宾》、《七月一家人》和《自然资源保护论者》获诺贝尔文学奖。

缅甸反对党全国民主联盟领导人昆山素季获诺贝尔和平奖。

美国经济学家科斯因揭示交易价值在经济组织结构的产权和功能中的重要性获诺贝尔经济学奖。

1992年12月10日第九十二届诺贝尔奖颁发。

法国科学家夏帕克因发明多线路正比探测器，推动粒子探测器发展获诺贝尔物理学奖。

美国科学家马库斯因对化学系统中的电子转移反应理论作出贡献获诺贝尔化学奖。

美国科学家费希尔、克雷布斯因在逆转蛋白磷酸化作为生物调节机制的发现中作出巨大贡献而共同获得诺贝尔生理学或医学奖。

圣卢西亚作家沃尔科特因以其植根于多种文化的历史想像力作出了光辉的诗作获诺贝尔文学奖。

危地马拉女政治家门楚因为其冲破不同种族、文化和社会疆界所做出的努力获诺贝尔和平奖。

1997年12月10日第九十七届诺贝尔奖颁发。

物理学奖美籍华裔科学家朱棣文、美国科学家菲利普斯、法国科学家科昂·塔努吉因发明了用激光冷却和俘获原子的方法，而共同获得诺贝尔物理学奖。

朱棣文（StevenChu，1948年2月28日－），美国华裔物理学家，生于美国圣路易斯；因“发展了用激光冷却和捕获原子的方法”而获得1997年诺贝尔物理学奖。

现任美国能源部部长。

生平简介朱棣文(1948.2)男，祖籍江苏太仓，生于美国密苏里州圣路易斯。

汉族，1997年获诺贝尔物理学奖。

中国工作的朱棣文科学院外籍院士，美国第56届当选总统奥巴马提名美国能源部长。

工作的朱棣文朱棣文的父亲朱汝瑾是太仓人，母亲李静贞是天津人，他的祖父母也是太仓人。

他们40年代来到美国育有三子，都学有所成。

朱棣文排行老二。

在太仓创建了朱棣文小学，1998年曾经访校一次。

朱棣文1970年毕业于罗切斯特大学，获数学学士和物理学学士学位，1976年获加利福尼亚大学伯克利分校物理学博士学位，后留校做了两年博士后研究，1978年到贝尔电话实验室工作，1983年任该实验室量子电子学研究部主任。

1987年任美国斯坦福大学物理学教授，1990年任该校物理系主任。

1993年6月被选为美国国家科学院院士。

1997年因“发明了用激光冷却和俘获原子的方法”荣获诺贝尔物理学奖，与他同获该奖项的是美国科学家威廉·菲利普斯和一名法国学者。

还曾获费萨尔国王国际科学奖。

1998年6月5日，当选为中国科学院外籍院士。

2004年6月被任命为位于加利福尼亚州的美国能源部下属的劳伦斯·伯克利国家实验室主任。

2008年获得美国第56届当选总统奥巴马提名出任美国能源部长。

朱棣文高中毕业时，父亲本不赞成他选择物理学，认为善於绘画的他应该去学建筑，因为物理学界高手太多，不易出成就，而且做实验是枯燥无味的，然而朱棣文却对物理学情有独钟，学问做得津津有味。

从1983年起朱棣文开始从事原子冷却技术的研究，1985年发表第一篇学术论文。

目录1901-1950 (1)1951-1980 (4)1981-2000 (7)2001-2010 (8)2011-2020 (10)2021 (12)独享还是共享？ (13)人选空缺怎么办？ (13)最年轻和最年长的获奖者 (13)史上获两次诺贝尔物理学奖的人 (14)获得诺贝尔物理学奖的华人科学家 (14)作为根据诺贝尔遗嘱设立的五大奖项之一，物理学奖被授予“在物理学领域作出最重要发现或发明的人”，与其他诺贝尔奖相比，物理学奖的荐举和甄选过程更长、更缜密。

诺贝尔物理学奖规则规定，获奖者的贡献必须“已经受时间的考验”。

这意味着诺贝尔委员会往往会在科学发现的数十年以后才会为此颁发奖项。

自1901年设立至今，诺贝尔物理学奖已走过百年历程，记录了物理学发展史上的无数个里程碑，已成为人类文明不可分割的一部分。

1901-19501、1901年：威尔姆·康拉德·伦琴（德国）发现X射线2、1902年：亨德瑞克·安图恩·洛伦兹（荷兰）、塞曼（荷兰）关于磁场对辐射现象影响的研究3、1903年：安东尼·亨利·贝克勒尔（法国）发现天然放射性；皮埃尔·居里（法国）、玛丽·居里（波兰裔法国人）发现并研究放射性元素钋和镭4、1904年：瑞利（英国）气体密度的研究和发现氩5、1905年：伦纳德（德国）关于阴极射线的研究6、1906年：约瑟夫·汤姆生（英国）对气体放电理论和实验研究作出重要贡献并发现电子7、1907年：迈克尔逊（美国）发明光学干涉仪并使用其进行光谱学和基本度量学研究8、1908年：李普曼（法国）发明彩色照相干涉法（即李普曼干涉定律）9、1909年：伽利尔摩·马克尼（意大利）、布劳恩（德国）发明和改进无线电报；理查森（英国）从事热离子现象的研究，特别是发现理查森定律10、1910年：范德华（荷兰）关于气态和液态方程的研究11、1911年：维恩（德国）发现热辐射定律12、1912年：达伦（瑞典）发明可用于同燃点航标、浮标气体蓄电池联合使用的自动调节装置13、1913年：卡末林－昂内斯（荷兰）关于低温下物体性质的研究和制成液态氦14、1914年：马克斯·凡·劳厄（德国）发现晶体中的X射线衍射现象15、1915年：威廉·亨利·布拉格、威廉·劳伦斯·布拉格（英国）用X射线对晶体结构的研究16、1916年：未颁奖17、1917年：查尔斯·格洛弗·巴克拉（英国）发现元素的次级X辐射特性18、1918年：马克斯·卡尔·欧内斯特·路德维希·普朗克（德国）对确立量子论作出巨大贡献19、1919年：斯塔克（德国）发现极隧射线的多普勒效应以及电场作用下光谱线的分裂现象20、1920年：纪尧姆（瑞士）发现镍钢合金的反常现象及其在精密物理学中的重要性21、1921年：阿尔伯特·爱因斯坦（德国）他对数学物理学的成就，特别是光电效应定律的发现22、1922年：尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔（丹麦）关于原子结构以及原子辐射的研究23、1923年：罗伯特·安德鲁·密立根（美国）关于基本电荷的研究以及验证光电效应24、1924年：西格巴恩（瑞典）发现X射线中的光谱线25、1925年：弗兰克·赫兹（德国）发现原子和电子的碰撞规律26、1926年：佩兰（法国）研究物质不连续结构和发现沉积平衡27、1927年：康普顿（美国）发现康普顿效应；威尔逊（英国）发明了云雾室，能显示出电子穿过空气的径迹28、1928年：理查森（英国）研究热离子现象，并提出理查森定律29、1929年：路易·维克多·德布罗意（法国）发现电子的波动性30、1930年：拉曼（印度）研究光散射并发现拉曼效应31、1931年：未颁奖32、1932年：维尔纳·海森伯（德国）在量子力学方面的贡献33、1933年：埃尔温·薛定谔（奥地利）创立波动力学理论；保罗·阿德里·莫里斯·狄拉克（英国）提出狄拉克方程和空穴理论34、1934年：未颁奖35、1935年：詹姆斯·查德威克（英国）发现中子36、1936年：赫斯（奥地利）发现宇宙射线；安德森（美国）发现正电子37、1937年：戴维森（美国）、乔治·佩杰特·汤姆生（英国）发现晶体对电子的衍射现象38、1938年：恩利克·费米（意大利）发现由中子照射产生的新放射性元素并用慢中子实现核反应39、1939年：欧内斯特·奥兰多·劳伦斯（美国）发明回旋加速器，并获得人工放射性元素40、1940—1942年：未颁奖41、1943年：斯特恩（美国）开发分子束方法和测量质子磁矩42、1944年：拉比（美国）发明核磁共振法43、1945年：沃尔夫冈·E·泡利（奥地利）发现泡利不相容原理44、1946年：布里奇曼（美国）发明获得强高压的装置，并在高压物理学领域作出发现45、1947年：阿普尔顿（英国）高层大气物理性质的研究，发现阿普顿层（电离层）46、1948年：布莱克特（英国）改进威尔逊云雾室方法和由此在核物理和宇宙射线领域的发现47、1949年：汤川秀树（日本）提出核子的介子理论并预言∏介子的存在48、1950年：塞索·法兰克·鲍威尔（英国）发展研究核过程的照相方法，并发现π介子1951-198049、1951年：科克罗夫特（英国）、沃尔顿（爱尔兰）用人工加速粒子轰击原子产生原子核嬗变50、1952年：布洛赫、珀塞尔（美国）从事物质核磁共振现象的研究并创立原子核磁力测量法51、1953年：泽尔尼克（荷兰）发明相衬显微镜52、1954年：马克斯·玻恩（英国）在量子力学和波函数的统计解释及研究方面作出贡献；博特（德国）发明了符合计数法，用以研究原子核反应和γ射线53、1955年：拉姆（美国）发明了微波技术，进而研究氢原子的精细结构；库什（美国）用射频束技术精确地测定出电子磁矩，创新了核理论54、1956年：布拉顿、巴丁（犹太人）、肖克利（美国）发明晶体管及对晶体管效应的研究55、1957年：李政道、杨振宁（美籍华人）发现弱相互作用下宇称不守衡，从而导致有关基本粒子的重大发现56、1958年：切伦科夫、塔姆、弗兰克（苏联）发现并解释切伦科夫效应57、1959年：塞格雷、欧文·张伯伦(OwenChamberlain)（美国）发现反质子58、1960年：格拉塞（美国）发现气泡室，取代了威尔逊的云雾室59、1961年：霍夫斯塔特（美国）关于电子对原子核散射的先驱性研究,并由此发现原子核的结构；穆斯堡尔（德国）从事γ射线的共振吸收现象研究并发现了穆斯堡尔效应60、1962年：达维多维奇·朗道（苏联）关于凝聚态物质，特别是液氦的开创性理论61、1963年：维格纳（美国）发现基本粒子的对称性及支配质子与中子相互作用的原理；梅耶夫人（美国人.犹太人）、延森（德国）发现原子核的壳层结构62、1964年：汤斯（美国）在量子电子学领域的基础研究成果，为微波激射器、激光器的发明奠定理论基础；巴索夫、普罗霍罗夫（苏联）发明微波激射器63、1965年：朝永振一郎（日本）、施温格、费因曼（美国）在量子电动力学方面取得对粒子物理学产生深远影响的研究成果64、1966年：卡斯特勒（法国）发明并发展用于研究原子内光、磁共振的双共振方法65、1967年：贝蒂（美国）核反应理论方面的贡献，特别是关于恒星能源的发现66、1968年：阿尔瓦雷斯（美国）发展氢气泡室技术和数据分析，发现大量共振态67、1969年：盖尔曼（美国）对基本粒子的分类及其相互作用的发现68、1970年：阿尔文（瑞典）磁流体动力学的基础研究和发现，及其在等离子物理富有成果的应用；内尔（法国）关于反磁铁性和铁磁性的基础研究和发现69、1971年：加博尔（英国）发明并发展全息照相法70、1972年：巴丁、库柏、施里弗（美国）创立BCS超导微观理论71、1973年：江崎玲于奈（日本）发现半导体隧道效应；贾埃弗（美国）发现超导体隧道效应；约瑟夫森（英国）提出并发现通过隧道势垒的超电流的性质，即约瑟夫森效应72、1974年：马丁·赖尔（英国）发明应用合成孔径射电天文望远镜进行射电天体物理学的开创性研究；赫威斯（英国）发现脉冲星73、1975年：阿格·N·玻尔、莫特尔森（丹麦）、雷恩沃特（美国）发现原子核中集体运动和粒子运动之间的联系，并且根据这种联系提出核结构理论74、1976年：丁肇中、里希特（美国）各自独立发现新的J/ψ基本粒子75、1977年：安德森、范弗莱克（美国）、莫特（英国）对磁性和无序体系电子结构的基础性研究76、1978年：卡皮察（苏联）低温物理领域的基本发明和发现；彭齐亚斯、R·W·威尔逊（美国）发现宇宙微波背景辐射77、1979年：谢尔登·李·格拉肖、史蒂文·温伯格（美国）、阿布杜斯·萨拉姆（巴基斯坦）关于基本粒子间弱相互作用和电磁作用的统一理论的贡献，并预言弱中性流的存在78、1980年：克罗宁、菲奇（美国）发现电荷共轭宇称不守恒1981-200079、1981年：西格巴恩（瑞典）开发高分辨率测量仪器以及对光电子和轻元素的定量分析；布洛姆伯根（美国）非线性光学和激光光谱学的开创性工作；肖洛（美国）发明高分辨率的激光光谱仪80、1982年：K·G·威尔逊（美国）提出重整群理论，阐明相变临界现象81、1983年：萨拉马尼安·强德拉塞卡（美国）提出强德拉塞卡极限，对恒星结构和演化具有重要意义的物理过程进行的理论研究；福勒（美国）对宇宙中化学元素形成具有重要意义的核反应所进行的理论和实验的研究82、1984年：卡洛·鲁比亚（意大利）证实传递弱相互作用的中间矢量玻色子[[W+]],W-和Zc的存在；范德梅尔（荷兰）发明粒子束的随机冷却法，使质子-反质子束对撞产生W 和Z粒子的实验成为可能83、1985年：冯·克里津（德国）发现量子霍耳效应并开发了测定物理常数的技术84、1986年：鲁斯卡（德国）设计第一台透射电子显微镜；比尼格（德国）、罗雷尔（瑞士）设计第一台扫描隧道电子显微镜85、1987年：柏德诺兹（德国）、缪勒（瑞士）发现氧化物高温超导材料86、1988年：莱德曼、施瓦茨、斯坦伯格（美国）产生第一个实验室创造的中微子束，并发现中微子，从而证明了轻子的对偶结构87、1989年：拉姆齐（美国）发明分离振荡场方法及其在原子钟中的应用；德默尔特（美国）、保尔（德国）发展原子精确光谱学和开发离子陷阱技术88、1990年：弗里德曼、肯德尔（美国）、理查·爱德华·泰勒（加拿大）通过实验首次证明夸克的存在89、1991年：皮埃尔·吉勒德－热纳（法国）把研究简单系统中有序现象的方法推广到比较复杂的物质形式，特别是推广到液晶和聚合物的研究中90、1992年：夏帕克（法国）发明并发展用于高能物理学的多丝正比室91、1993年：赫尔斯、J·H·泰勒（美国）发现脉冲双星，由此间接证实了爱因斯坦所预言的引力波的存在92、1994年：布罗克豪斯（加拿大）、沙尔（美国）在凝聚态物质研究中发展了中子衍射技术93、1995年：佩尔（美国）发现τ轻子；莱因斯（美国）发现中微子94、1996年：D·M·李、奥谢罗夫、R·C·理查森（美国）发现了可以在低温度状态下无摩擦流动的氦同位素95、1997年：朱棣文、W·D·菲利普斯（美国）、科昂·塔努吉（法国）发明用激光冷却和捕获原子的方法96、1998年：劳克林、霍斯特·路德维希·施特默、崔琦（美国）发现并研究电子的分数量子霍尔效应97、1999年：H·霍夫特、韦尔特曼（荷兰）阐明弱电相互作用的量子结构98、2000年：阿尔费罗夫（俄国）、克罗默（德国）提出异层结构理论，并开发了异层结构的快速晶体管、激光二极管；杰克·基尔比（美国）发明集成电路2001-201099、2001年：克特勒（德国）、康奈尔、卡尔·E·维曼（美国）在“碱金属原子稀薄气体的玻色－爱因斯坦凝聚态”以及“凝聚态物质性质早期基本性质研究”方面取得成就100、2002年：雷蒙德·戴维斯、里卡尔多·贾科尼（美国）、小柴昌俊（日本）“表彰他们在天体物理学领域做出的先驱性贡献，其中包括在“探测宇宙中微子”和“发现宇宙Ｘ射线源”方面的成就。

同时他在行政管理上亦有相当经验，曾在斯坦福大学领导物理学系，又曾在贝尔实验室领导电子化研究工作。

自2004年起，他出任劳伦斯·伯克利国家实验室的负责人，该实验室每年预算规模6.5亿美元，辖下有4000名员工。

致力于环保工作朱棣文在职业生涯中一直致力于环保工作。

掌管劳伦斯·伯克利实验室后，朱棣文即把研究重点转到新型的生化能源、人工光合作用和太阳能等一系列“绿色工程”上。

此外，他还大力提倡政府引进措施，减少排放温室气体。

对于把环保理念引进家庭生活，朱棣文曾说每户国民只需投资1000美元成本就可提升能源效益，可惜的是民众多宁愿把钱花在花岗石的厨台上。

去年夏天，朱棣文在美国拉斯维加斯举行的全国清洁能源会议上说，除非能源工作由专业人士而非说客承担，否则提高能源利用效率、降低能源使用成本的目标将难以实现。

朱棣文是继1957年的杨振宁、李政道，1976年的丁肇中和11年前的李远哲之后，第五位获诺贝尔奖的华裔科学家。

在他之后，还有两位华人——普林斯顿大学教授崔琦和英美双国籍华裔高锟又获诺贝尔物理学奖。

七位华裔获奖人中，除李远哲和钱永健为诺贝尔化学奖外，其余皆是物理奖。

年表朱棣文1948年2月28日，出生于美国密苏里州的圣路易市，祖籍中国江苏省太仓县(今太仓市)朱棣文1968年获颁罗彻斯特大学斯托达数学奖1970年罗彻斯特大学斯托达物理奖及伍德罗?威尔逊奖学金1970-1974年获颁国家科学基金会博士预备生奖学金1976-1978年在加州大学伯克利分校做博士后研究1977-1978年获颁国家科学基金会博士后奖学金1978年担任美国物理学会理事1978-1983年担任电磁现象研究贝尔实验室研究人员1983-1987年担任美国电话、电报公司贝尔实验室量子电子学研究部主任1987年获颁美国物理学会在激光光谱领域的布洛依达奖1987年担任斯坦福大学物理和应用物理教授迄今1987-1988年担任哈佛大学莫里斯洛伯讲师1989年担任实验天体物理联合研究所特邀访问学者1990年担任美国光学学会理事及法国学院访问教授1990年受邀美国物理学会和美国物理教师学会的理直脱迈耶纪念奖讲演1990-1993年担任斯坦福大学物理系主任1992年担任美国艺术和科学院院士1993年获颁费塞尔国王国际科学奖及担任美国国家科学院院士1994年获颁美国物理学会在激光科学领域的亚瑟萧洛奖及美国光学学会的威廉梅格斯奖1997年朱棣文因“发明了用激光冷却和俘获原子的方法”荣获诺贝尔物理学奖。

激光冷却与捕陷原子的方法)))1997年诺贝尔物理奖介绍*王 义 遒(北京大学电子学系,北京 100871)摘 要 介绍了1997年诺贝尔物理奖的获奖工作)))激光冷却与捕陷原子的方法,其中主要有光学粘团、亚多普勒冷却、亚反冲冷却、激光原子阱等.叙述了它们的物理原理、重要意义及其应用.关键词 激光冷却,激光,捕陷,光学粘团* 1997-12-1收到初稿,1997-12-9修回LASER C OOLING METHODS AND ATOM TRAPPING)))AN INTRODUC TION TO THE 1997NOBEL PRIZE IN PHYSIC SWang Yiqiu(Department of Electronic s ,Pe kin g Univer sity,Beij in g 100871)Abstract T he work of the w inners of t he 1997N obel Prize in Physics is briefly reviewed.T he principles of t he methods for laser cooling and trapping of atoms,such as opt ical molasses,sub-Doppler cooling,sub -recoil cooling,laser trapping of atoms etc,are desc ribed.T heir significance and possible applications are presented.Key words laser cooling,laser trapping,optical molasses1997年10月15日,瑞典皇家科学院宣布,1997年诺贝尔物理奖授予49岁的美国斯坦福大学朱棣文(Stenven Chu)教授,69岁的法兰西学院和巴黎高等师范学院C.C.达诺基(Claud Cohen Tannoudji)教授,48岁的美国国家标准技术研究院的W.D.菲利浦斯博士(Willian D.Phillips),以表彰他们在发展原子的激光冷却和捕陷方法上所作出的杰出贡献.什么是原子的激光冷却与捕陷?这种方法在科学技术的发展上有何重大的意义?本文试图对此作简要说明.有兴趣的读者可以阅读一些综述文章[1]和其他参考文献.1 重大意义物理学的基本任务是研究物质的基本结构及其最一般的运动和变化的规律.要开展研究,就要把研究对象拿在手,进行仔细的观察和测量.对原子和分子来说,这简直不可能.根据分子运动论,在常温下一切原子、分子都在高速运动.以空气中的氢分子为例,室温下均以1100m/s(4000km/h)的速率运动,即使降温到3K(-270e ),它们仍以110m/s(400km/h)的速率运动.这样的高速粒子如过眼烟云,很难观察,测量也必然带来严重误差.而且在降温时,一般原子会凝结成液体和固体,这时原子间有强烈的相互作用,其结构和基本性能都将发生显著变化.如何使原子分子的运动速度降至极小,甚至接近于零,又使它们保持相对独立,很少相互作用,这是物理学家的一个梦想,也是物理学上的一大难题.激光冷却与捕陷原子技术的发明使这个难题基本解决.现在人们已可使#131#27卷(1998年)3期原子温度降到10-10K量级而仍保持气体状态.这是人们操控物质粒子的极大成就.激光冷却与捕陷方法开创了原子分子物理和光与物质粒子相互作用领域的新的可能性,使测量精度大大提高.其实例之一是原子钟.现在的时间单位)))秒是由铯原子频率基准来体现的.由于原子高速运动所引起的谱线的多普勒频移和增宽、碰撞频移和增宽以及渡越增宽(决定于原子与辐射场相互作用时间),使复现基准频率和时间(即精确测定铯原子基态超精细结构分裂值)的误差一般[1@10-13.现在利用激光冷却和捕陷原子方法做成的原子喷泉,已使频率基准准确度达到10-15数量级[2],将来可望达到10-16.这是原子测量的光辉成就,对检验广义相对论、引力波等物理理论,开展精密定位、导航和深空探测等应用具有重要意义.物质粒子的德布罗意波长在室温下一般很小,难以呈现它的波动性;但在L k的低温下,粒子平均动量极小,德布罗意波长可达到和可见光波长相比或更长,粒子就会呈现波动性.这时就可使原子束呈现普通光束所具有的反射、聚焦、衍射、干涉等现象,从而开辟了/原子光学0的新领域.利用低速原子构建的原子干涉仪,可使重力加速度g值的测量精确度达到10-10数量级,还可实现纳米级的微细加工,开发原子印刷和刻蚀的新工艺,对未来微电子学的发展将带来深远影响.当原子冷却到足够低的温度时,原子的德布罗意波长大于它们之间的平均距离,原子群会进入一种特殊的状态,称为玻色-爱因斯坦凝聚.这时所有的原子都处在能量最低的量子态,原子之间互相相干.在稀薄气体中,这种玻色-爱因斯坦凝聚的原子间相互作用极弱,因而可以对其特性进行精密的研究.目前对这种状态有些什么样的优良特性和应用前景尚不十分明确,但人们利用激光冷却和捕陷已实现了这种状态[3].1997年初,人们更成功地把原子一个个地从玻色-爱因斯坦凝聚态中取出来,形成相干的原子束,这好比激光束中的光子,因而称为原子激光[4].人们已预期可用原子激光做成精度更高的原子钟.它的进一步的用途尚在探索之中.可以肯定,这一新物质状态将给科学技术带来广阔的前景.2光学粘团激光冷却依靠光对原子的机械作用力.差不多在一个世纪之前,物理学家就已经认识到光对实物粒子有这种作用了,这就是光压.正是它使慧星尾巴永远背向太阳.但是,光对原子运动进行有效的人为控制却只是在激光问世以后.1975年,亨斯(H ansch)和肖洛(Shawalow)提出了用两束互相对射的激光冷却中性原子的建议.设想一原子沿x方向以速度v运动,激光束以-x方向迎面射向原子.原子会吸收激光光子,但这种吸收有共振作用,即光频率M等于原子本征频率M0时吸收几率最大.由于多普勒效应,原子感受到的激光频率为M c=M(1+ v/c),c为光速.因为v n c,原子以最大几率吸收的光频率应为M=M0(1-v/c),即光频率应调到负失谐M<M0处.光子带有动量p=h M/c, h为普朗克常数.原子吸收光子后获得其动量,在设定情况下,光子动量与原子动量反向,原子将损失动量而减速.原子吸收光子后将自发辐射释放荧光光子,此过程是各向同性的.一般原子每秒可吸收发射上千万个光子,每次吸收激光光子是定向的,发射荧光光子是无规则的(其平均动量变化为零),原子就会迅速减速而冷却(kT=m v2,k为玻尔兹曼常数,T为绝对温度).这种冷却称为多普勒冷却,冷却力称为耗散力或自发辐射力.由于每秒吸收发射次数很多,这种减速力是很大的,对钠原子的589nm 的共振光而言,其减速效果相当于十万倍的重力加速度!若原子沿x轴作一维无规运动,速度有大有小,有正有负,用方向相对的两束负失谐的激光照射,则原子优先吸收迎面来的激光光子,从而降低速度达到冷却.图1显示这种情况下原子所受的力,可见力的方向总是与速度方向相反,因而是阻尼力,原子速度就会趋于零.#132#物理图1多普勒冷却机制(a)一个原子在沿两束负失谐为D的对射激光驻波场中运动;(b)低激光强度时,由于激光负失谐,原子感受到来自反方向的平均作用力,这种静摩擦力可以冷却原子.速度为零时摩擦力曲线斜率等于摩擦系数把一维情况扩展到三维,从上下左右前后有6束激光射向原子,会发生什么情况呢?为此,1985年在贝耳实验室的朱棣文小组做了一个实验(见图2).他们用6束激光照射到从原子束上减速下来的钠原子团上,测量了6束激光交汇处冷却下来的原子团的温度,结果为240L K.显然原子速度并未冷却到零,它们仍在作微弱的但却是可观的运动.这一结果并非意外,实际上原子温度不可能冷却到零.原因是原子吸收光子损失动量后还会发射光子而得到一无规的反冲动量.这发射的光子还可能被邻近原子吸收而使它又得到一无规动量.在6束激光交汇区,原子和光子不断吸收发射,交换动量,处于互相胶着的状态.它们分别作类似于布朗运动的无规行走,从一处扩散到别处.朱棣文把这种原子光子的胶着状态称为光学粘团(op-tical molasses),因为它犹如一团糖浆,糖分子在其中作扩散运动而无法逃脱.不太复杂的统计物理理论可以计算出光学粘团中这种吸收冷却和无规发射加热所达到平衡时的最低温度.当负失谐量D(=M0-M)等于原子共振谱线的半宽度时,kT m i n=Ü#/2,#为谱线的自然宽度.这个最低冷却温度T m i n称为多普勒冷却极限.对实验中常用的23Na,87Rb,133Cs和4Ne原子而言,T min分别为240,144,125和23L K,朱棣文小组继激光减速原子束(包括W.Phillips和J. Hall两组的工作)之后,第一次实现了气体原子的激光冷却,为此后的研究工作开辟了诱人的前景,大大推动了此领域的研究.图2带有正交激光束和脉冲原子束的真空反应室原理图(原子束由一10ns双倍频的YAG激光蒸发一固态钠薄片产生.液氮冷却的隔板是一有效的低温泵,反应室的真空度~2@10-8Pa)3亚多普勒冷却朱棣文的光学粘团实验引起了科学家的兴趣,许多人重复他的工作.1987年美国国家标准局菲利浦斯小组重复了他的试验,测得的温度竟低达约40L K,即仅为多普勒极限的1/6.这一结果是惊人的,为了检验他们的实验结果确实无误,他们采用了3种测温度方法,其中有后来被此领域科学家广泛采用的精确的飞行时间法.该方法是把光学粘团的激光束关断,让原子团在重力场中自由下落,在一定距离处设一探测激光束,根据下落原子发出的荧光判定接受原子的多少.温度使原子速度分散,根据不同时间接受到的原子的多少以确定原子的速度分布,从而推出温度.所有这些方法都测得实验中的原子粘团温度约为40L K.#133#27卷(1998年)3期确定无疑的结果使C.C.达诺基和朱棣文等重新思索多普勒冷却极限理论的正确性.他们几乎同时认识到,这一理论过于简单,它是基于原子只有两个能级(一个基态和一个激发态)之上的.实际上,实验中所用原子,如钠、铯等,基态都有两个以上能级.在一定的偏振光作用下,原子会自动集中到某一子能级.这种现象称为光抽运效应.光波的电矢量方向决定激光的偏振方向.可以想象,在光学粘雾6束激光交汇处,光的偏振状态不是整齐有序,而是随地点而变化的,即具有/偏振梯度0.若在一定偏振光作用下原子倾向于落在能量低的能级,则随着原子的移动其所感受的光场偏振变化就意味着它在光场中的势能有所增加,而这只能靠降低其动能来得到补偿.这样原子在运动中将丧失动能而减速冷却.此后,原子又会在光作用下激发,而下落时又将处于最低能态,在以后的移动中又进一步丧失动能.如此往复,原子一次次在光势能场中爬坡、激发,下落到最低能态,如同古希腊神话中西西弗斯(Sisyphus)被罚推石上山,到达山顶后又滚下,如此周而复始,能量大损.所以这种机制又称西西弗斯冷却.图3是一种一维偏振梯度的特例:原子两个能级的能量随光场偏振状况不同而变动(这实际上是能级/光频移0的变动),原子从最低能量态移动时总是沿势能曲线爬坡,遇光激发后又抽运到最低能态,如此往复.这种机制使已经多普勒冷却的原子进一步冷却,其极限温度与激光的强度和频率失谐量有关,原则上可以达到与吸收和发射一个光子所带的反冲动量相对应的最低值,即kT=(h M)2/mc2.这个最低温度称为反冲极限.对钠原子,T m i n为214L K;对铯原子则为012L K.除了偏振梯度冷却以外,还发现了另外一些亚多普勒冷却机制,它们都利用了基态多能级结构、光抽运、光频移、磁共振等效应.这些新机制的发现,使激光冷却原子技术更丰富多样.4亚反冲冷却上述原子冷却机制都包含了光子的吸收和发射,因而和交换光子动量相联系,其冷却温度受反冲极限所限制.1988年,C.C.达诺基与其同事发明了一种绕过这种极限的冷却方法,称为速度选择相干布居数捕陷法(VSCPT),其原理示于图3.这里以相反方向作圆偏振的光图3西西弗斯冷却机制(原子在激光偏振场中沿势能曲线爬坡,到达势能最高点处又被光抽运到最低能态.平均地说,原子爬坡几率比下坡几率大,原子就会损失动能,从而速度降低.在如图所示的这种情况,原子损失动能最大,因为原子运动1/4波长所需时间刚好等于光抽运时间S p)(R+,R-),以同一频率从相反方向照射原子.原子基态有3个简并能级,在圆偏振光作用下, g+,g-能级可以与激发态e0耦合,双光子受激辐射过程在这里起重要作用,原子可以从g+态吸收R-光子,并通过受激发射R+光子而过渡到g-态,反之亦然.这种过程虽可使运动原子损失两个光子能量,但由于正反方向有相等几率却不能使原子减速.但是,原子在激发后还可能通过自发辐射散射荧光光子,还是能使原子减速而冷却.当原子速度接近于零度时,g+和g-态可通过同时吸收R+和R-光而耦合处于相干叠加态,这时原子反而不再吸收光子,也不再发射荧光,称为处于/暗态0.这样,v=0的原子将长留此暗态.因此,一旦原子减速到接近于零,就捕集于此相干叠加态,原子在此态积累.C.C.达诺基小组利用此法于1988年把亚稳态氦原子一维冷却到2L K,不仅远低于多普勒冷#134#物理却极限,而且也仅为反冲极限4L K 的一半.严格地说,VSCPT 法仅是一种把速度为零的原子选择出来加以捕集的方法,但它可使冷却温度低于反冲极限,因而十分诱人.巴黎这个研究组于1994年又对氦原子实现了二维VSCPT 冷却,得到温度为250nK.1995年又实现了三维冷却,温度低至180nK [5].图4 速度选择相干布居数捕陷法(VSCPT)原理(a)两束对射的R +和R -偏振激光和4He 原子作用,发生23s 1-23p 1跃迁;(b)原子的塞曼子能级和一些Clebsch -Gordan 系数.由于e 0\g 0跃迁是禁戒的,几次荧光循环跃迁后所有的原子泵浦到g +和g -态,这两个能级的原子只能耦合到e 0态,这样一个近三能级+组态就形成了若如图4所示的原子能级中两个能级有能量差,且同时能与一个激发态实施光耦合,则利用类似上述速度选择相干布居数捕陷法可实现拉曼冷却.此时,两束对射的冷却激光束的频率差小于两个基态能级的能量差,则多普勒效应使速度为正向的原子以吸收-x 方向的激光而激发,受激发射的光子则加入到+x 方向的激光,从而使原子丧失两个光子的动量而减速.把两束有频差的激光方向反转,则对带-v 速度的原子起作用.此时原子已从原来基态一个子能级转到另一子能级,为了继续发生作用,用一抽运光束使原子回到原来子能级,这时原子速度已改变.为了有效减速,激光频率应作调整,以使与多普勒频移合拍.这样,拉曼冷却采用一连串的频率和持续时间不断变化的拉曼光脉冲和抽运光脉冲相间的激光序列.如上述速度为零的原子则不再与激光作用.朱棣文用这种方法在斯坦福大学先后对钠原子实现了一维、二维和三维冷却,其所得温度分别为反冲极限的0125倍、114倍和5倍[6].C.C.达诺基的小组则在巴黎高等师范学院将铯原子冷却到了218nK 的低温,仅为反冲极限的1/70[7].这是目前激光冷却的最低温度.速度选择相干布居数囚禁的方法是捕集速度为零的原子,其最终温度极限决定于相互作用时间,因而没有明确界限.朱棣文等曾利用钠原子喷泉方法,选择捕集到速度范围极窄的一群原子,其相应温度仅为24pK.5 激光原子阱激光对原子的机械作用,除上述耗散力以外,还有一种偶极力.这种力的本质如同磁铁吸针的磁力.针在磁铁作用下诱导出极性,其近磁铁一头极性与磁头相反,离磁铁一头极性与其相同.在磁铁的不均匀磁场作用下,吸力大于斥力,针就被磁铁吸引.在光场作用下,原子也会产生极性)))感应偶极矩,它可使原子吸引到光强最强处.是吸收还是排斥,取决于激光频率是低于还是高于原子共振频率.这种现象也可用原子能级的能量在光场中的移动)))光频移来解释.若光频率负失谐,则原子基态能级随光强度增加而向能量低处移动;反之,若为正失谐,则光强越大,基态能量亦越高.移动量与光强成正比.因此,当一束负失谐的高斯激光束通过原子气体时,原子就会自发向光腰处汇聚,因为光腰中心处光强最强,原子在光场中势能最低,这就形成了激光原子阱.同时,若有一束负失谐的驻波激光束通过原子,原子会聚集到波腹处.但是,对实际激光束,这种势阱深度很浅,动能较高的原子就可以逸出阱外.若以温度来度量,则这种阱深一般在mK 量级,甚至更低.朱棣文等曾在激光冷却的光学粘团中加一束高斯激光束,把低温原子捕陷于光腰上,成功地展示了激光阱的作用.许多原子(如碱金属原子)带有磁矩,可用#135#27卷(1998年)3期不均匀静磁场捕陷原子,菲利浦斯等人曾成功地实现了静磁原子阱.但这种阱的势能深度也不大,只能囚禁低速原子.为了克服这个困难,巴黎高等师范学院C.C.达洛基小组的达利巴(Dalibard)提出了一种磁光阱的建议.这种阱把激光和静磁场对带磁矩的原子的作用有机地结合起来,可以得到几百mK的阱深,因而具有实用性.1987年,朱棣文和Pritchard合作成功地对预先用激光减速的钠原子实现了磁光阱. 1990年,科罗拉多大学的Wieman竟能在气室中用磁光阱直接把低速原子捕集并冷却下来.这个实验大大简化了激光冷却与捕陷原子的技术,使这种技术得以广泛地进入激光与原子分子物理实验室,成为强有力的研究手段.我国70年代末,王育竹小组在中国科学院上海光学精密机械研究所(简称上海光机所)率先开展了激光冷却原子的研究,并在80年代末得到了钠原子束一维冷却温度60L K的好结果.北京大学小组从90年代起开展了以原子喷泉频标为目标的激光冷却原子工作.1996年北京大学和上海光机所小组分别实现了铯原子和钠原子的磁光阱.1997年北京大学小组进一步实现了光学粘团,得到了10L K的铯冷原子团.上海光机所小组在原子干涉上也取得了成绩.这两个小组与3位诺贝尔奖获得者都保持着学术联系.朱棣文曾于1988年、1997年两次访问中国,进行了学术讲演,这次获奖后曾与江泽民主席会晤,允诺再次来华进行学术访问.C.C.达诺基曾于1979年访问我国,并允诺近年再次来华.W.D.菲利浦斯对北京大学的不对称光学粘团的设想曾给予了积极评价.他们的获奖对增进我国开展激光冷却与捕陷原子工作将会带来积极影响.致谢作者感谢聂玉昕、杜祥琬和5物理6编辑部提供的部分资料.参考文献[1]W.D.Plillips,H.J.Metealf,S c ientif ic Amer ican,No.3(1987),36;C.N.Cohen-T annoudji,W.D.Plilli ps,Physics Tod a y,No.10(1990),33;S.Chu,Science,253(1991),861;S.Chu,Scientif ic A meric an,No.2(1992),49;G.B.Lubkin,Physics Toda y,No.1(1996),22;王义遒,物理,19(1990),389;王义遒,物理,19(1990),449;王育竹、王笑鹃,物理,22(1992),16.[较深入的了解可阅读J.Opt.Soc.A m.B,66-11(1989).][2] A.Cl airon,nrent,G.Santarelli et al.,IEEE Trans.,I M-44-2(1995),128.[3]M.H.Anderson,J.R.Ens h et,M.R.Matthew s et al.,Scienc e,269(1995),133.[4]M.O.Mews et al,Ph ys.Rev.L ett.,78(1997),582.[5]wal l,F.Bard ou,B.Saubamea et al.,Ph ys,Rev.L ett.,73(1994),1915;w all,S.Kulin, B.Saubamea et al.,Phys.Rev.L ett.,75(1995),4194.[6]N.Darids on,H-J.Lee,M.Kasevich et al.,Ph ys.Rev.L ett.,72(1994),3158.[7]J.Rei chel,F.Bardou,M.Bendahan et al.,Phys.Rev.L ett.,75(1995),4575.#136#物理。

1997年诺贝尔物理学奖1997年物理学奖，由三位物理学家分享，他们是美国的朱棣文（Stephen Chu）、科恩-塔诺季（Claude Cohen-Tannoudji）和法国的威廉·菲利普斯（William D. Phillips），表彰他们发现了使用激光冷却和捕获原子的方法。

朱棣文（Stephen Chu，1948—），是华裔科学家，出生于美国密苏里州的圣路易斯，父亲朱汝瑾博士是台湾中央研究院院士。

朱棣文小时候曾醉心于制作各种模型，后来又迷上了化学游戏，对体育运动也十分热衷，可以说是一个全面发展的孩子。

上高中时，对物理和微积分两门课程比较感兴趣，因为这两门课程与其他课程不同，没有太多的公式需要记忆，只根据少量的基本规则，通过逻辑推理就可以演绎出最终的结论。

1976年，朱棣文毕业于美国伯克利加州大学，获得物理学博士学位，并留校做了两年博士后研究。

后来加入贝尔实验室，1983年任贝尔实验室量子电子学研究部主任。

1987年应聘任斯坦福大学物理学教授，1990年任斯坦福大学物理系主任。

他因开发了激光冷却和陷俘原子的技术获1993年费萨尔国王国际科学奖。

同年被选为美国科学院院士。

2009年—2013年担任第12任美国能源部长。

2016年，担任全球能源互联网发展合作组织副主席。

朱棣文是在中西方文化共同浸染下成长起来的，继承了中西方文化的精髓，他的内心深处既有西方人的率真、幽默，也有东方人的谦虚、含蓄。

他不是那种木讷型的科学家，而是一个性格活泼开朗、充满风趣的人。

1科恩-塔诺季（Claude Cohen-Tannoudji，1933—），出生于阿尔及利亚的康斯坦丁，由于当时阿尔及利亚没有独立，受法国管辖，他自然成为法国公民。

科恩-塔诺季上大学期间，由于受到物理学教授阿尔弗雷德·卡斯特罗的影响，而把志向从研究机械转向研究物理学。

1962年在巴黎高等师范学院获博士学位。

1973年在法兰西学院任教授。

朱棣文：白宫里的首位华裔能源部长作者：房秋云来源：《中国市场》2009年第07期2008年12月15日，美国当选总统奥巴马宣布了新政府能源环境团队名单。

华裔科学家、诺贝尔物理学奖得主朱棣文被正式提名为能源部长。

从学术明星，成为政坛新人。

此前,分析人士认为,奥巴马在总统大选期间曾许下诺言,答应上台后改革能源政策,正视气候暖化的问题,这与朱棣文的理念不谋而合。

《纽约时报》也认为,朱棣文在科学研究与管理领域的履历毫无瑕疵,他的亚裔背景也有助新内阁呈现多元面孔。

消息一传出,马上引起美国华人界的热烈反应。

加州参议员余胤良表示,朱棣文的任命是所有美国华人的骄傲。

他指出,依美国目前的能源困境看来,能源部和朱棣文将在新政府中扮演空前重要的角色。

身为加州政坛代表性的华裔政治家,余胤良说:“代表华裔族群的人成为内阁成员是非常重要的大事,让我们对政府更有信心,让我们相信华人所重视的问题也能受高层的重视,从人情的角度来说,有一个华人能在政府高层任职,是一件值得感到光荣和欣喜的事。

”出身学者之家祖籍江苏太仓的朱棣文,1948年2月28日出生在美国密苏里州的圣路易斯。

他的父亲朱汝瑾,早年毕业于清华大学化工系。

1943年留美,获麻省理工学院化工博士。

母亲李静贞,1945年从清华大学毕业后,在美国麻省理工学院攻读工商管理。

在朱棣文的父兄辈中,至少有12位拥有博士学位或大学教授职位。

中学时,朱棣文的成绩不算拔尖,但上了大学以后,朱棣文说:“我不光是学书本上的东西,而是自己想学的就下功夫学。

”结果,朱棣文成了最优秀的学生。

1970年,朱棣文获物理学博士学位。

1978年,他进入美国贝尔实验室任研究员。

1987年,朱棣文当上了斯坦福大学教授，是该校第一位华裔教授。

1993年被选为美国国家科学院院士。

1997年他以原子和粒子“激光冷却及捕捉”独步全球的科技成就,与其他两位科学家共同获得诺贝尔物理学奖。

2004年担任加州大学柏克莱分校劳伦斯柏克莱国家实验室主任至今。