朱棣文:“抓住”原子的人

作者: 心上秋

1997年10月14日凌晨,朱棣文接到了一通来自瑞典斯德哥尔摩的诺贝尔物理学奖评委会的电话,他被惊喜地告知获得了诺贝尔物理学奖。作为“激光冷却及捕获原子”的开创者之一,朱棣文荣耀的背后又有哪些不为人知的故事呢?

朱家的一只“小黑羊”

“在我的家庭中,我只能算是一只‘小黑羊’(不起眼的小孩儿)。”谈到自己的家庭,朱棣文总是抿抿嘴,双手一摊打趣说,自己出身于一个“科学世家”,“我家里都是成功得可怕的人,哥哥和弟弟加起来有6个高等学历,而我只有一个。不过我后来得了诺贝尔奖,就差不多打平了!”在朱棣文的父兄辈中,有12位拥有博士学位或大学教授职位。

朱棣文小时候最喜欢的游戏是搭积木,将零散的部件搭出各式各样的造型。幼儿园毕业时,小伙伴邀请朱棣文一起进行实验活动,制作塑料模型的飞机和军舰,由此,他对动手实践的兴趣一发不可收。朱棣文会到家里的库房去找零件,然后将玩具改装成机器人。如果你走进他的卧室,映入眼帘的一定是散落一地的小螺母和螺杆,还有一些是朱棣文已经完成的“半成品”。

做一件疯狂的事

1978年,朱棣文来到了闻名世界的贝尔实验室。这个实验室给了朱棣文极大的自由,并大力支持他做想做的研究。这里并不讲究按资排辈,也不在乎繁文缛节。他可以和资深的研究者一起研究,不眠不休地争辩;也可以和新来的“雨后春笋”一起交流心得,了解不同的观点。朱棣文仿佛是鱼儿进入了大海,在这里尽情遨游。

一个白雪皑皑的冬天,纷纷扬扬的大雪封住了实验室的门,朱棣文坐在研究所里,看着窗外雪花纷飞,犹如童话世界。他突然来了灵感:何不先把原子冻得动弹不得,然后再动手“抓住”它?他将自己的想法和初步演算结果上报后,领导说:“这看起来很疯狂,不过如果你真的决定了要做这件疯狂的事情,那就做吧。”

利用激光捕获原子

凭借着在贝尔实验室的出色表现,1983年,朱棣文开始担任实验室量子电子学研究部门主任。也是从这一年开始,他正式开始了“抓”原子的研究。

在原子与分子的物理学研究中,原子低温冷却技术的研究十分困难,这是因为即使在恒温状态下,原子也仍然会以每秒上百千米的速度移动。1985年,朱棣文和同事设计了一套装置,用两两相对、沿三个正交方向的六束激光使室温降低到接近绝对零度。在这样的低温下,原子的运行速度降到了非常低,也就是把原子冷却到了可以观察的程度。但要想真的抓住原子,最好能有一个“陷阱”,于是朱棣文和同事们又有了新的研究课题。最后他们制造出一种使用激光和磁线圈的原子陷阱,在这个原子陷阱中,磁场会将原子约束在一个很小的范围里,这样一来研究就变得更容易了。

终于,功夫不负有心人。1997年,朱棣文因发明了用激光冷却捕获原子的方法而获得了诺贝尔物理学奖。这项研究的成功,为人们深入理解气体在低温下的量子物理特性开辟了道路。这种新方法现在还被应用到太空导航、精确定位等领域。

(插画绘制/蔡成恩)