清蔚園科學館

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科教處

物理獎~逼近絕對零度

[前言]|[抓住原子]|[到底多少度]
[還可以更低]|[到底有什麼用]|[相關資料]

  今年的諾貝爾物理獎宣布得稍微晚了幾天。10月15日瑞典皇家科學院才宣布物理獎由兩位美國人及一位法國人獲得,因為他們發展出一套可以用雷射將原子冷凍甚至捕捉住的方法。這三個人分別是美國史丹佛大學的朱棣文(Steven Chu) 教授,法蘭西學院 (College de France) 及巴黎高等師範 (Ecole Normale Superieure, Paris) 的柯恩唐努吉 (Claude Cohen-Tannondji) 教授及美國國家標準局的菲利普斯(William D. Phillips) 博士。




 朱棣文教授‧美國人。1948年生於美國密蘇里洲的聖路易。1976年獲得柏克萊大學博士學位。1990年起擔任史丹佛大學Theodore and Frances Geballe  人文與科學講座教授,中研院院士。1993年即因該項雷射冷凍與捕捉原子之技術獲得 King Faisal 國際科學獎。

 柯恩唐努吉 (Glaude   CohenTannoutji) 教授,法國人。1933年生於阿爾及利亞。1957年獲得法國物理教師資格。1962年獲得巴黎高等師範博士學位。他是一位諾貝爾得主Alfred Kastler 及 Jean Brossel 的學生。1973年起擔任法蘭西學院教授。法國巴黎科學院院士。1996年即因該項雷射冷凍與捕捉原子之技術獲得歐洲物理學會量子電子學講。

 菲利普斯(William D. Phillis)博士,美國人。1948年生於美國賓洲Wikes-barre。1975年獲得麻省理工學院物理學博士。1996年即因做出雷射冷凍與捕捉原子之技術獲得Albert A. Michelson獎。

菲利普斯博士的小事記

  不過菲利普斯去美國國家標準局時的責任並不是做這種超低溫冷凍。他唸博士時做過兩個實驗:一個是有關核磁共振,另一個是有關可調雷射。他原本的職責就是有關核磁共振的精確測量,不過國家標準局上方允許他「偷」一點時間來作雷射冷凍。

  這是繼去年以液態氦超流體的低溫物理獲獎後,再度以低溫物理的領域獲獎。這項獎將於12月10日諾貝爾逝世紀念日在瑞典斯德哥爾摩頒獎,合計約新台幣三千萬元的獎金將由三人分享。他們所發展出的新方法使我們能更了解物質與輻射間的關係。他們能將物質冷凍到以前無法達到的低溫,在如此的低溫下我們可以觀察到許多常溫下無法觀察到的量子現象;例如量子干涉、量子躍遷、量子測量問題、古典與量子世界的轉換等等。
  
  1995 年柯尼爾 (E. Cornell) 及魏曼 (C. Wieman) 就是用這種方法才得以首度觀測到波色-愛因斯坦凝結。還有最近發展出的「原子雷射」也是應用了這種技術。也許我們將來可以用他們的方法設計出更精確的原子鐘用於太空航行及製造精確的全球定位系統,或發展高解晰度的干涉儀以精確的測量重力場強度、用於探礦等等。

萬頭鑽動的低溫世界

  如果你仔細去看室溫下的氣體,會發現它們實在很像台北車站前的人群般萬頭鑽動。可是它們運動的速度實在太快了,大約是以時速四千公里的速度移動,這時候你如果想看清楚每個原子的面貌幾乎是不可能的事。把溫度降低一點會好一些,但是也沒有太多用處,當溫度降到攝氏零下270度時,大約還保持著時速四百公里的速度。一直要低到接近絕對零度,攝氏零下273度,才會有顯著的改變。當溫度是絕對溫度一百萬分之一度 (1μK) 時,氫原子的速度仍然有每小時一公里之快。換一個單位表示可能比較不會那麼驚人,大約是每秒鐘 25 公分。這個溫度比星際太空間的溫度還低。

  你可以想點辦法把這些原子抓住,看個清楚。


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