W.D.菲利普斯简介

菲利普斯1948年出生于美国宾夕法尼亚的维尔克斯－巴勒，1976年在麻省理工学院获物理学博士学位。由于他在激光冷却和陷俘原子方面的实验研究，曾经获得多项奖励，其中有富兰克林学院。

1997年诺贝尔物理学奖授予美国加州斯坦福大学的朱棣文（StephenChu，1948—），法国巴黎的法兰西学院和高等师范学院的科恩－塔诺季（ClaudeCohen－Tannoudji，1933—）和美国国家标准技术院的菲利普斯（WilliamD.Phillips，1948—），以表彰他们在发展用激光冷却和陷俘原子的方法方面所作的贡献。

激光冷却和陷俘原子

简介

激光冷却和陷俘原子的研究，是当代物理学的热门课题，十几年来成果不断涌现，前景激动人心，形成了分子和原子物理学的一个重要突破口。朱棣文、科恩－塔诺季、菲利普斯以及其他许多物理学家开发了用激光把气体冷却到微开温度范围的各种方法，并且把冷却了的原子悬浮或拘捕在不同类型的“原子陷阱”中。在这里面，个别原子可以以极高的精确度得到研究，从而确定它们的内部结构。当在同一体积中陷俘越来越多的原子时，就组成了稀薄气体，可以详细研究其特性。

原理

原子减速

操纵和控制单个原子一直是物理学家追求的目标。固体和液体中的原子处于密集状态之中，分子和原子相互间靠得很近，联系难以隔绝，气体分子或原子则不断地在作无规乱运动，即使在室温下空气中的原子分子的速率也达到几百m/s。在这种快速运动的状态下，即使有仪器能直接进行观察，它们也会很快地就从视场中消失，因此难以对它们进行研究。降低其温度，可以使它们的速率减

早在1619年，当开普勒试图解释为什么彗星进入太阳系彗尾总是背着太阳时，他曾经提出，光可能有机械效应。

麦克斯韦在1873年、爱因斯坦在1917年都对所谓的“光压”理论作过重要贡献，特别是，爱因斯坦证明了，原子吸收和发射光子后，其动量会发生改变。有光子动量参与的过程首推康普顿效应，即X射线受电子的散射。最早观察到反冲电子的是1923年C.T.R.威耳逊用云室作出的。

第一次在实验中观察到反冲原子的是弗利胥（1933年）。1966年索洛金（P.Sorokin）等人发明的可调染料激光器，为进一步探讨“光的机械特性”提供了优越的手段。

早在20世纪70年代，比萨大学就已经发现，可以用光泵方法使放在强激光场中的原子激发到无吸收的相干叠加状态，即所谓的“暗态”。科恩－塔诺季和巴黎高等师范学院的一些同事，其中有阿里孟多（E.Arimondo，来自比萨）和阿斯派克特（A.Aspect），他们在一系列的实验中证明

朱棣文和他的小组在激光冷却和陷俘原子的技术中取得了突破性的进展，引起了物理学界的广泛关注。继他们之后有很多科学小组很快超过了他们，但是他们开创的激光减速方法和光学粘胶的工作一直是其它成果的基础。他们自己也没有止步，继续作出了新的努力。

例如，原子喷泉就是一项有重大意义的实验。朱棣文小组根据扎查利亚斯（J.R.Zacharias）和汉斯的建议，把几种新的方法结合在一起，创造了一种可以用极高的精确度测量原子的光谱特性的装置。他们把高度冷却并被陷俘了的原子非常平缓地向上喷出，在重力场中作抛射体运动，当到达顶点时原子正好处在微波腔内，然后在重力场的作用下开始下落。这时，用相隔一定时间的两束微波辐射脉冲对这些原子进行探测。如果微波脉冲的频率经过正确的调谐，这两个相继的微波脉冲将使原子从一种量子态转变成另一种量子态。用这种方法朱棣文小组曾经测量过原子两个量子态之间的能量差，第一次实验的分辨率就高达一千亿分