諾貝爾物理學(xué)獎獲得者：探索光與物質(zhì)之“舞”

1、.諾貝爾物理學(xué)獎獲得者：探究光與物質(zhì)之“舞塞爾日·阿羅什右在實(shí)驗(yàn)室工作中的戴維·瓦恩蘭10月9日，法國與美國兩位物理學(xué)家因?yàn)樵诹孔庸鈱W(xué)領(lǐng)域?qū)馀c物質(zhì)間的親密關(guān)系和互相作用的研究中做出宏大奉獻(xiàn)而獲2019年諾貝爾物理學(xué)獎，他們是法國巴黎法蘭西學(xué)院和巴黎高等師范學(xué)院68歲的物理學(xué)家塞爾日·阿羅什SergeHaroche和美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院和美國科羅拉多大學(xué)68歲的物理學(xué)家戴維·瓦恩蘭DavidWineland。由于單個粒子很難從周圍環(huán)境中隔離觀測，使得量子物理學(xué)中很多奇特現(xiàn)象無法被觀測到。但這兩位獲獎?wù)咄ㄟ^實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了可以直接觀察單個粒子卻不對其產(chǎn)生破

2、壞的方法，使得科學(xué)家可以直接對微觀過程進(jìn)展量子模擬，如亞原子模擬，并可能最終導(dǎo)致產(chǎn)生量子計算機(jī)和超準(zhǔn)確的時鐘。過去一百年里，科學(xué)家們已經(jīng)知道原子的行為頗為古怪，在自然的微觀世界里，一些科學(xué)常識方面的定律被其內(nèi)部奇怪的量子力學(xué)規(guī)律所顛覆。量子力學(xué)的奠基人之一薛定諤曾解釋道，根據(jù)量子原理，箱子翻開前，箱中之貓“既死又活的，非要有人翻開箱子看一眼貓是死是活才能確定。直到幾年前，這個問題還是個哲理問題，對于物理學(xué)家們來說，量子力學(xué)也是如此奇妙，例如每次當(dāng)你翻開你的電腦時，就會感受到這種類似的奇妙感覺。但一些物理學(xué)家覺得，真正的問題是，為何在我們?nèi)粘Ｊ澜缋锞筒皇沁@樣的呢？例如，當(dāng)你要拿你的太陽鏡時，它不

3、可能同時既在車上，又在避暑小屋里，或在擱架上，而只能是靜靜地躺在其中的某個地方。如今，由于這兩位物理學(xué)家的發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們可以直接進(jìn)展實(shí)驗(yàn)，捕捉自然界中的量子行為，從而探究量子現(xiàn)象和普通生活的界限在哪里。他們的工作是將自然界中的某些物質(zhì)如光子和原子別離出來，觀察它們的行為和互相之間的關(guān)系。哈羅什博士瓦恩蘭博士是合作了25年的好友，他們以獨(dú)特的方式來探究光與物質(zhì)的“舞蹈，哈羅什博士利用經(jīng)過精細(xì)拋光的鏡像腔捕捉光子，在光子逃逸或被吸收之前，一個光子來回反彈的時間為非常之一秒在原子物理學(xué)中就是光子的一生，然后，他放出一個“偵測原子，與光產(chǎn)生互相作用。在通常情況下，檢測到光就意味著摧毀了它，檢測到的光子

4、會被我們的視網(wǎng)膜或被相機(jī)的芯片所吸收，但在某種例外的情況下，哈羅什通過觀察光在原子上產(chǎn)生的微妙影響，他和他的同事們可以對光子計算，而不會導(dǎo)致光子被摧毀，“就好似它們是放在盒子里的彈珠一樣，他在他的網(wǎng)站上如此說道。2019年，哈羅什將他們的實(shí)驗(yàn)比作薛定諤的貓，即“盒子里的光子就像“薛定諤貓的狀態(tài)，同時在兩個相反的方向之間擺動，然后他們通過發(fā)送“偵測原子，測定這樣的“貓態(tài)存在多長時間才衰減，或重新回復(fù)到量子狀態(tài)。在最近的實(shí)驗(yàn)中，他們已經(jīng)開發(fā)出讓“貓態(tài)維持更長時間的反響技術(shù)，這種技術(shù)將是實(shí)現(xiàn)量子計算機(jī)夢想的關(guān)鍵，以所謂的量子比特來解決超越普通電腦才能之外的一些超宏大數(shù)據(jù)的計算問題。量子計算機(jī)與周圍環(huán)

5、境別離的“量子比特?fù)碛猩衿娴挠嬎悴拍埽瑫r必須找到一種測量量子比特的方法，以讀出量子計算機(jī)的計算結(jié)果。瓦恩蘭博士的工作主要集中于承受光子的物質(zhì)材料方面，過去15年內(nèi)，諾貝爾物理獎屢次授予美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所內(nèi)涉及原子捕獲和測量研究的科學(xué)家，今年已是第四次。瓦恩蘭博士和他的同事在電場中捕獲帶電鈹原子或離子，并在特別調(diào)諧激光器中加以冷卻，使它們幾乎不發(fā)生挪動。瓦恩蘭博士說道，他多年來從事這方面研究是出于人類對更準(zhǔn)確時鐘的需要。他在承受采訪時說道，“從歷史上看，有更好的時鐘，就意味著有更好的導(dǎo)航才能。任何原子的振動和發(fā)光都有非常準(zhǔn)確的頻率，瓦恩蘭和他的同事們用他們捕獲的離子，制造出了世界上最準(zhǔn)確的時鐘?，F(xiàn)代原子鐘用的是銫原子，這種原子在微波頻率范圍內(nèi)振動，但可見光的振動頻率遠(yuǎn)高于微波，每一次振蕩都是完美時鐘的一次“滴答。一種基于可發(fā)出可見光的鋁離子的新型光學(xué)時鐘，其準(zhǔn)確度勝過銫原子時鐘的100倍