2000-诺贝尔物理学奖历史回顾
埃里克·康奈尔(Eric A. Cornell, 1961-)、沃尔夫冈·克特勒(Wolfgang Ketterle，1957-)和卡尔·韦曼(Carl E. Wieman, 1951-)因在稀薄的碱金属气体中实现了玻色-爱因斯坦凝聚，以及在对这种凝聚物的特性进行早期的基础研究中所取得的杰出成就，共同分享了2001年度诺贝尔物理学奖。
1924年，年轻的印度学者玻色撰写了一篇论文，用完全不同于经典电动力学的统计方法，导出了普朗克黑体辐射公式。他将论文寄给著名物理学家爱因斯坦，期望得到后者认同。爱因斯坦马上认识到该文的价值，立即将其译成德文发表。随后，爱因斯坦又将玻色的方法推广应用到单原子理想气体，并预言这些原子当它们之间的距离足够近、热运动速度足够慢时将会发生相变，变成一种新的物质状态——玻色-爱因斯坦凝聚。处在这种状态的气体原子，其总自旋一定为整数，即为玻色子。当温度足够低时，这些原本各自独立的气体原子会变成一群“统一行动”的原子，即“凝聚”在一个相同的能量最低的量子态，形成一个新的宏观物质状态。爱因斯坦的论文发表后，引起了物理学家的普遍关注。经过70多年的努力，直到1995年，才由美国科罗拉多州博耳德实验天体物理联合研究所(JILA) 的康奈尔（左上图）和韦曼（左下图）以及麻省理工学院(MIT)的克特勒（右图）先后在实验中真正
获得了玻色-爱因斯坦凝聚。
应当指出，要获得玻色-爱因斯坦凝聚，就必须将单原子气体冷却到绝对零度之上一百亿分之一摄氏度，这是十分困难的。大约在1990年，韦曼应用朱棣文等人发展起来的激光冷却和原子阱囚禁技术拟定了一个在碱原子中实现玻色-爱因斯坦凝聚的实验方案：先在磁光阱中用激光冷却碱原子，然后再应用射频“蒸发”冷却除掉在磁阱中那些速度快的原子以达到玻色-爱因斯坦凝聚所必需的低温。美国JILA小组的康奈尔和韦曼采用上述方案使铷原子系统的温度降低至170nK，并通过在样品上加上足够快的旋转磁场来避免阱中心原子的丢失，终于在1995年6月成功地实现了铷原子的玻色-爱因斯坦凝聚。几乎同时，美国MIT普里特查德(D.E.Pritchard)小组的克特勒用类似的方法实现了钠原子的玻色-爱因斯坦凝聚。由于他通过聚焦在阱中心的强大激光束来阻止原子的丢失，得到了包含更多原子数的凝聚物，使得测量这些凝聚物的性质成为可能。在这三位诺贝尔奖得主所做的开创性实验之后，又有20多个研究小组获得了玻色-爱因斯坦凝聚物。但是，在这个研究领域，这三位诺贝尔奖得主所在的研究小组始终保持着他们的领先地位。
研究玻色-爱因斯坦凝聚不仅有重要的科学意义，而且在芯片技术、精密测量和纳米技术等领域也有非常广泛的应用前景。以芯片技术为例，目前的芯片都是利用普通光线的激光来完成集成电路的光刻，而普通光线的波长是有限度的，所以集成电路的密度已经接近极限。如果利用碱金属原子稀薄气体的“玻色－爱因斯坦凝聚”来完成集成电路的光刻，将会大大提高集成电路的密度，从而大大提高电脑芯片的运算速度。
雷蒙德·戴维斯(Raymond Davis Jr., 1914-)和小柴昌俊(Masatoshi Koshiba, 1926-)因在宇宙中微子探测方面所作的贡献，里卡尔多·贾科尼(Riccardo Giacconi, 1931-)因发现宇宙X射线源，共同分享了2002年度诺贝尔物理学奖。
早在1930年，著名理论物理学家泡利(W. Pauli)就预言了中微子的存在。由于中微子几乎不与任何物质发生作用，因此，尽管每秒有上万亿个中微子穿过我们的身体，但是我们很难发现它的踪影。25年之后，考恩(C.L.Cowan)和莱因斯(F. Reines)领导的小组第一次通过实验直接证实了中微子的存在。戴维斯（左图）和小柴昌俊（右图）的工作是进一步证实了太阳中微子的存在。元素核合成理论预言，太阳的能量来自于核聚变反应。在核聚变反应过程中，会放出大量中微子。戴维斯通过n + 37Cl ® 37Ar + e-反应来探测中微子的，他的实验装置是一个埋在胡姆斯塔克(Homestake)1500米深矿井中的装有615吨C2Cl4液体的大容器。当中微子与液体中的37Cl碰撞而放出电子时就转变为37Ar，只要探测到37Ar 的存在，就能证实中微子的存在。戴维斯持续了30年时间，才探测到约2000个中微子。观测到太阳中微子就直接证明了太阳内部确实进行着核聚变反应。但是，实验测得的太阳中微子流的强度仅为标准太阳模型预期值的一小半，这就是30多年来人们一直在谈论的“太阳中微子失踪之谜”。小柴昌俊在日本神冈建造了另一台大型中微子探测器，是一个装有2140吨水的大容器，在水箱的周围装有上千个光电倍增管。中微子有可能与水中的电子或质子相互作用，产生一个高能电子，这个电子可引起微弱的闪光，探测这种微弱的闪光就可证实中微子的存在。小柴昌俊的探测器探测到了来自太阳的中微子，并证实了戴维斯的实验结果。另外，小柴昌俊的探测器还探测到了1987年2月23日在大麦哲伦星云中爆发的那颗超新星所释放出的中微子。这是人类第一次观测到太阳以外的宇宙中微子。
包括太阳在内的所有恒星都在不断地发射各种波长的电磁波，不仅有可见光而且还有我们肉眼看不见的X射线、g射线等。由于X射线很容易被地球的大气层吸收，所以要探测来自宇宙空间的X射线，就必须把探测器放入太空中。贾科尼（左图）领导研制了世界上第一个宇宙X射线探测器“爱因斯坦X射线天文望远镜”并首次获得了精确的宇宙X射线图像，第一个探测到了太阳系以外的X射线源，第一个证实了宇宙中存在X射线辐射背景，第一个探测到了可能来自黑洞的X射线。另外，他还倡导研制了“钱德拉X射线望远镜”并于1999年送入太空，这对探测星系、类星体和恒星以及寻找黑洞、暗物质的踪迹有着非常重要的意义。
戴维斯和小柴昌俊在“探测宇宙中微子”方面取得的成就导致了中微子天文学的诞生；贾科尼在“发现宇宙X射线源”方面取得的成就同样导致了X射线天文学的诞生。
从左至右依次为金兹伯格、莱格特、阿布里科索夫（图片来源：新华网）
人民网斯德哥尔摩１０月7日电 记者刘仲华报道： 瑞典皇家科学院7日在这里宣布，将２００3年诺贝尔物理学奖授予美国阿尔贡国家实验室的阿力克谢·阿比瑞克索夫（拥有俄国、美国国籍）、俄国莫斯科莱伯多夫物理研究所的维塔利·金兹伯格和美国伊利诺斯大学教授安东尼·莱格特（拥有英国、美国国籍），以奖励他们在超导和超流理论方面的先驱性贡献。他们将平分总值1千万瑞典克朗（约合130万美元）的奖金。
瑞典皇家科学院说，超导和超流是存在于量子物理中的两种现象，三位科学家的研究成果对此做出了决定性的贡献。超导体可用于核磁共振成像仪和物理实验中的微粒加速等。而对超流体的认识可加深我们对物质运动状态的研究。
在低温状态下，一些金属可以毫无电阻地导电，这就是超导现象。超导体还有一种特性，可以部分或全部地排斥磁力线。当电流通过超导体时，会产生强磁场，磁场产生的热量会破坏超导性。在物质变成超导的同时，它也会变成完全的反磁性。那些完全排斥磁力线的超导体被称为第一类超导体，解释这种现象的理论1972年被授予诺贝尔物理学奖。该理论的基础是电子对的有序排列。但这理论对结识超导体这种技术上十分重要的物质是不充分的。而第二类超导体可以让超导性和磁性同时存在，即让超导体的反磁性消失，这样在高磁场的地方超导仍能存在。阿比瑞克索夫成功地从理论上解释了这种现象，而他的理论基点来自于金兹伯格等人先前创立的关于第一类超导体的理论，事实证明该理论同样可应用到第二类超导体领域。虽然这些理论都形成于上个世纪50年代，它们对超导新材料的迅速开发仍有重要意义。今天，在更高温度和更强磁场的条件下，人们仍可以制造出超导体。
氦是目前人们知道的即使在绝对零度也不能被冻结成固体的惟一物质。在极低温度下，液态氦的粘性会消失，它在任何东西上流动都没有阻力，甚至可以垂直的爬上容器的壁，其传热系数比铜还好。科学家把这种没有阻力的流动叫作超流。超流现象早就被发现了，但直到20世纪70年代，莱格特才发现，氦的同位素氦-3的原子对与超导体中金属的电子对结构相似。他的理论才从根本上解释了氦原子是如何互动的和如何进入超流这种有序状态的。近年来，科学家们则在此基础上研究，这种有秩又如何演变为紊乱无序的，这是经典物理学的难题之一。因为只有氦才能允许从事接近绝对零度的研究，所以，它在纯科学和应用科学中变得非常重要。
阿力克谢·阿比瑞克索夫1928年生于莫斯科，现为美国阿尔贡国家实验室科学家。维塔利·金兹伯格1916年生于莫斯科，现在莫斯科的莱伯多夫物理研究所工作。安东尼·莱格特1936年生于伦敦，现为美国伊利诺斯大学教授。他们将平分总值1千万瑞典克朗（约合130万美元）的奖金。
来源：人民网 （责任编辑：陈云）
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