（中科院上海光机所量子光学开放实验室教授）

瑞典皇家科学院宣布1997年诺贝尔物理奖授予美国斯坦福大学朱棣文教授、法国巴黎高等师范学院克洛德 · 科昂 · 搭努吉教授和美国国家标准与技术研究所威廉，菲利普斯博士。奖励他们在激光冷却和捕获气体原子研究方面所作出的突出贡献。上海光机所从1979年就开始激光冷却和捕获气体原子的研究，我本人也与这三位获奖人有较多的联系。以下我想就结合自己对这一工作的认识简单地介绍一下今年的诺贝尔物理奖获奖工作。

激光冷却气体原子是近十多年来发展非常迅速的研究领域。激光冷却的概念是由美国斯坦福大学的肖洛、汉斯等人于1975年提出的，其物理思想是利用激光的光子动量传递给原子，形成辐射压力阻尼原子的热运动。使原子气体的温度降低。

诺贝尔物理学奖得主朱棣文（左）正在实验室指导学生

我们知道，原子在空间的运动速度可达每秒500米左右，胜过超音速飞机的速度。在光的作用下。原子的速度减慢（激光束是由大量光子所组成，当激光束照射原子时，原子会吸收光子。原子每吸收一个光子不仅吸收光子的能量，同时也吸收广光子的动量，因而使原子速度减慢），这一过程极短，只需30纳秒。所以在1秒钟内，原子可吸收极大数量的光子。这就使原子在光的传播方向受到的光压力比重力大10⁸倍。利用如此巨大的光压力，最终能使大于超音速飞机的原子运动速度减慢到如同小虫蠕动一般的速度。人们一直希望有足够长的时间能来观察研究原子的状态，原子速度减慢后提供了这种可能。朱棣文是把原子抓起来（捕获）并使之局域起来的第一人。打个比方，就像一粒状尘陷进泥浆里，或者可以说原子掉进光子海中向各方运动时都受到阻力。朱棣文等人的工作提供了这样一种超冷原子的介质——他称之为“光学粘胶”。威廉 · 菲利普斯博士和法国科学院院士克洛德 · 科昂 · 搭努吉在这一领域的不同方向上分别独立地作出了开创性的贡献。

由于他们的出色工作，人们就得到了一个新的研究对象，能对悬浮在空间近乎不动的原子进行研究，这样就可能做许多非常有意义的研究工作，并导致一系列重要应用，其中最重要的有两种应用，已经走向现实。，种就是原子钟。现有的原子钟可达到10^-14的准确度，而采用超冷原子可以达到10^-16。这种原子钟用于全球导航定位系统，可使现有的GPS定位精度从10米左右提高到全球范围内小于1米左右。同时各种物理常数值的测量精度也可以因此面大幅度提高。

第二种应用是这种超冷原子可研制成高灵敏度的原子干涉仪（原子陀螺），用于测量重力加速度G的变化，从而用于石油勘探和定位，还可用于测定地球自转和预报地震。如这种应用可能对于准确寻找油、气田、矿藏量极有价值，因为地层下若是油田，原子干涉仪测出的G与在岩石中测出的G的值是不一样的，这用一般的仪器根本测不出。如能把G在不同矿藏中的变化情况一一测出，那么借助这量值，在飞机上测试就可以快速、准确地探测到油气田及矿藏。从理论方法上讲，这次诺贝尔物理奖的工作完全能达到这些应用，当然在具体实施中还有许多技术问题有待解决。

从这次朱棣文等人的获奖工作出发。又可能引申到稀薄气体中的玻色爱因斯坦凝聚。并引出原子激光器的工作，这又是一个崭新的研究领域。利用超冷原子可进行物理学基本规律的验证，如量了力学的验证和广义相对论的验证等，用超冷原子做成的原子干涉仪放到微重力空间环境中有可能最终验证广义相对论，我估计谁能在这方面做出贡献，就有可能获得诺贝尔奖。