朱棣文諾貝爾演講稿

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1、第27卷第5期北方交通大學(xué)學(xué)報(bào)Vol.27No.52003年10月JOURNALOFNORTHERNJIAOTONGUNIVERSITYOct.2003文章編號(hào):100021506(2003)0520098213中性粒子的控制朱棣文編者按:朱棣文教授祖籍江蘇省太倉(cāng)市,生長(zhǎng)在美國(guó),現(xiàn)任美國(guó)斯坦福大學(xué)物理系教授.因發(fā)現(xiàn)“激光制冷與原子捕陷”原理,獲1997年諾貝爾物理獎(jiǎng).由于北京交通大學(xué)理學(xué)院的李劍君老師從事科技史人物傳記與物理部分的研究,并與陳子豐撰寫了《厚積薄發(fā)———朱棣文的科學(xué)風(fēng)采》一書,有幸與朱棣文教

2、授建立了聯(lián)系.在2002年,朱棣文教授親自將他的諾貝爾演講稿等資料交給李劍君,并授權(quán)使用這些資料.《中性粒子的控制》為朱棣文教授諾貝爾頒獎(jiǎng)儀式上所作演講的文本.正如作者所言,是回顧作者和作者的同事們是怎樣開辟研究道路的演講.文章從激光冷卻、原子捕陷以及相關(guān)發(fā)現(xiàn)在其它學(xué)科的應(yīng)用,闡明了現(xiàn)代科學(xué)發(fā)現(xiàn)的研究發(fā)展脈絡(luò).證明一個(gè)現(xiàn)代科學(xué)的重大發(fā)現(xiàn),是由眾多不同專長(zhǎng)的科學(xué)家互相交流、合作的結(jié)果.本文的重點(diǎn)是圍繞作者研究工作的過程展開,并闡述了這一重大成果的應(yīng)用前景,從嚴(yán)格意義上說,本文不屬于學(xué)術(shù)論文,但其研究問題的方

3、法具有普遍意義值得我們借鑒.在李劍君的組織下,在北京交通大學(xué)理學(xué)院佘守憲教授的指導(dǎo)與幫助下,已將這篇演講稿的英文文本由范玲等人譯成中文,以特稿的形式發(fā)表.由于篇幅的限制,在不影響讀者理解的情況下,編輯刪除了文中的一些插圖和全部參考文獻(xiàn),并在小標(biāo)題前加上序號(hào).本文是我對(duì)激光冷卻和原子捕陷的發(fā)現(xiàn)過程的個(gè)人回顧.我在本文中不打算面面俱到地介紹該這一領(lǐng)域的發(fā)展歷史,而只是回顧我和我的同事們是怎樣開辟我們的研究道路的.我在加州大學(xué)伯克利分校度過了研究生和博士后的學(xué)習(xí)研究階段,和EugeneCommins教授一起做原

4、子物理中的宇稱不守恒實(shí)驗(yàn).之后我于1978年秋天加入貝爾實(shí)驗(yàn)室.貝爾實(shí)驗(yàn)室是研究人員的伊甸園.管理層為我們提供科研經(jīng)費(fèi),并保護(hù)我們免受官僚作風(fēng)之害,激勵(lì)我們盡可能做出最好的科學(xué)工作.狹小的實(shí)驗(yàn)室和辦公空間使我們彼此親密無間.研討會(huì)常常被突發(fā)的討論所打斷,有時(shí)候,自助餐廳中的閑聊可能標(biāo)志著一個(gè)新的合作開始了.在貝爾實(shí)驗(yàn)室的頭幾年,我寫了一篇關(guān)于X射線顯微鏡前景的內(nèi)部報(bào)告,并和HyattGibbs、SamMc2Call一起,研究紅寶石里的能量轉(zhuǎn)移,這是研究安德森(Anderson)定域化(localizato

5、n)的方法之一.這項(xiàng)工作導(dǎo)致我們考慮是否可能采用皮秒激光技術(shù),在其它激子系統(tǒng)(如GaP:N)中實(shí)現(xiàn)Mott或Anderson躍遷.在進(jìn)行這項(xiàng)工作時(shí),我偶然發(fā)現(xiàn)皮秒脈沖是以群速傳輸?shù)?甚至當(dāng)群速可能超過光速或變?yōu)樨?fù)值時(shí)).在學(xué)習(xí)有關(guān)激子和如何設(shè)計(jì)皮秒激光器時(shí),我開始和AllanMills一起工作,他是正電子和電子偶素(positronium)方面的世界級(jí)專家.當(dāng)我還在伯克利時(shí),我們已開始討論合作的可能性,但直到1979年還沒有真正開始實(shí)驗(yàn).經(jīng)過漫長(zhǎng)而受挫折的3年之后,以貝爾實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn),這可是相當(dāng)漫長(zhǎng)的時(shí)間

6、,我們終于成功地激發(fā)并測(cè)量了正電子素1S-2S的能級(jí)間隔.1在Holmdel準(zhǔn)備做激光冷卻的階段1983年秋天,我從新澤西州的MurrayHill轉(zhuǎn)到貝爾實(shí)驗(yàn)室的Holmdel分部,任量子電子學(xué)研究部主任,這激勵(lì)我投入到激光冷卻捕陷原子的研究中.在和同事ArtAshkin的交談中,我第一次聽到他想用光捕獲原子的夢(mèng)想.他發(fā)現(xiàn)我聽得非常認(rèn)真,就給我提供了一些復(fù)印資料.那年秋天,我新招了博士后LeoHollberg,正計(jì)劃設(shè)計(jì)一個(gè)基于皮秒激光實(shí)現(xiàn)原子束閾值離子化的電子能量損耗譜儀.我們希望改進(jìn)它的收稿日期:20

7、03208227作者簡(jiǎn)介:朱棣文(1948—),男,江蘇太倉(cāng)人,教授,博士,美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士.第5期朱棣文:中性粒子的控制99能量分辨率,至少比已有的譜儀提高一個(gè)數(shù)量級(jí),然后用它來研究原子表面吸附的光學(xué)分辨率和電子靈敏度.Leo以前研習(xí)過原子物理,也對(duì)用光控制原子的可能性發(fā)生了興趣.Leo和我決定去麻薩諸塞州,參加由麻省理工學(xué)院的DavidPritchard組織的有關(guān)離子原子捕陷的專題討論會(huì).我對(duì)該專題是門外漢,缺乏基本的直覺,而直覺對(duì)在某個(gè)領(lǐng)域中提出新見解是非常重要的.例如,我發(fā)現(xiàn)自己弄不清楚“偶極力

8、”的色散特性.當(dāng)光波頻率低于共振頻率時(shí),偶極力是吸引力;當(dāng)光波頻率高于共振頻率時(shí),偶極力是排斥力;當(dāng)光波頻率和原子共振頻率相等時(shí),偶極力消失.使我困惑的是,我竟然花費(fèi)了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才認(rèn)識(shí)到一年級(jí)的大學(xué)物理知識(shí)就可以解釋的這些效應(yīng).回顧這些早期的摸索過程真令我汗顏.另外,我發(fā)現(xiàn),在缺乏直覺方面并不是我一個(gè)人.我曾向貝爾實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)同事問及這些效應(yīng),他回答說“:只有JimGordon才真正理解偶極力!”到1980年,光對(duì)物質(zhì)的作用