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1、第27卷第5期北方交通大学学报Vol.27No.52003年10月JOURNALOFNORTHERNJIAOTONGUNIVERSITYOct.2003文章编号:100021506(2003)0520098213中性粒子的控制朱棣文编者按:朱棣文教授祖籍江苏省太仓市,生长在美国,现任美国斯坦福大学物理系教授.因发现“激光制冷与原子捕陷”原理,获1997年诺贝尔物理奖.由于北京交通大学理学院的李剑君老师从事科技史人物传记与物理部分的研究,并与陈子丰撰写了《厚积薄发———朱棣文的科学风采》一书,有幸与朱棣文教
2、授建立了联系.在2002年,朱棣文教授亲自将他的诺贝尔演讲稿等资料交给李剑君,并授权使用这些资料.《中性粒子的控制》为朱棣文教授诺贝尔颁奖仪式上所作演讲的文本.正如作者所言,是回顾作者和作者的同事们是怎样开辟研究道路的演讲.文章从激光冷却、原子捕陷以及相关发现在其它学科的应用,阐明了现代科学发现的研究发展脉络.证明一个现代科学的重大发现,是由众多不同专长的科学家互相交流、合作的结果.本文的重点是围绕作者研究工作的过程展开,并阐述了这一重大成果的应用前景,从严格意义上说,本文不属于学术论文,但其研究问题的方
3、法具有普遍意义值得我们借鉴.在李剑君的组织下,在北京交通大学理学院佘守宪教授的指导与帮助下,已将这篇演讲稿的英文文本由范玲等人译成中文,以特稿的形式发表.由于篇幅的限制,在不影响读者理解的情况下,编辑删除了文中的一些插图和全部参考文献,并在小标题前加上序号.本文是我对激光冷却和原子捕陷的发现过程的个人回顾.我在本文中不打算面面俱到地介绍该这一领域的发展历史,而只是回顾我和我的同事们是怎样开辟我们的研究道路的.我在加州大学伯克利分校度过了研究生和博士后的学习研究阶段,和EugeneCommins教授一起做原
4、子物理中的宇称不守恒实验.之后我于1978年秋天加入贝尔实验室.贝尔实验室是研究人员的伊甸园.管理层为我们提供科研经费,并保护我们免受官僚作风之害,激励我们尽可能做出最好的科学工作.狭小的实验室和办公空间使我们彼此亲密无间.研讨会常常被突发的讨论所打断,有时候,自助餐厅中的闲聊可能标志着一个新的合作开始了.在贝尔实验室的头几年,我写了一篇关于X射线显微镜前景的内部报告,并和HyattGibbs、SamMc2Call一起,研究红宝石里的能量转移,这是研究安德森(Anderson)定域化(localizato
5、n)的方法之一.这项工作导致我们考虑是否可能采用皮秒激光技术,在其它激子系统(如GaP:N)中实现Mott或Anderson跃迁.在进行这项工作时,我偶然发现皮秒脉冲是以群速传输的(甚至当群速可能超过光速或变为负值时).在学习有关激子和如何设计皮秒激光器时,我开始和AllanMills一起工作,他是正电子和电子偶素(positronium)方面的世界级专家.当我还在伯克利时,我们已开始讨论合作的可能性,但直到1979年还没有真正开始实验.经过漫长而受挫折的3年之后,以贝尔实验室的标准,这可是相当漫长的时间
6、,我们终于成功地激发并测量了正电子素1S-2S的能级间隔.1在Holmdel准备做激光冷却的阶段1983年秋天,我从新泽西州的MurrayHill转到贝尔实验室的Holmdel分部,任量子电子学研究部主任,这激励我投入到激光冷却捕陷原子的研究中.在和同事ArtAshkin的交谈中,我第一次听到他想用光捕获原子的梦想.他发现我听得非常认真,就给我提供了一些复印资料.那年秋天,我新招了博士后LeoHollberg,正计划设计一个基于皮秒激光实现原子束阈值离子化的电子能量损耗谱仪.我们希望改进它的收稿日期:20
7、03208227作者简介:朱棣文(1948—),男,江苏太仓人,教授,博士,美国国家科学院院士.第5期朱棣文:中性粒子的控制99能量分辨率,至少比已有的谱仪提高一个数量级,然后用它来研究原子表面吸附的光学分辨率和电子灵敏度.Leo以前研习过原子物理,也对用光控制原子的可能性发生了兴趣.Leo和我决定去麻萨诸塞州,参加由麻省理工学院的DavidPritchard组织的有关离子原子捕陷的专题讨论会.我对该专题是门外汉,缺乏基本的直觉,而直觉对在某个领域中提出新见解是非常重要的.例如,我发现自己弄不清楚“偶极力
8、”的色散特性.当光波频率低于共振频率时,偶极力是吸引力;当光波频率高于共振频率时,偶极力是排斥力;当光波频率和原子共振频率相等时,偶极力消失.使我困惑的是,我竟然花费了相当长的时间才认识到一年级的大学物理知识就可以解释的这些效应.回顾这些早期的摸索过程真令我汗颜.另外,我发现,在缺乏直觉方面并不是我一个人.我曾向贝尔实验室的一个同事问及这些效应,他回答说“:只有JimGordon才真正理解偶极力!”到1980年,光对物质的作用
