朱棣文	克老特·柯利- 达诺基	威廉·菲利浦斯

光冷却

今年的诺贝尔物理奖获奖者发展了用激光冷却和捕陷原子的方法。他们的研究可以帮助我们理解重要的物理现象，用前所未有的精确度测量重要物理参数。

原子减速
光对物体的机械作用可以改变他们的位置和速度。在激光冷却和捕陷中利用了光的机械作用，使一群原子的速度分布缩小（冷却），或使原子束缚在小体积内（捕陷）。
八十年代初期，威廉·菲利浦斯提出了一种快原子束减速的新方法，取得突破性的进展。1985年首次报道了使原子的平均速度从1000米/秒降低到零的实验结果。

光学粘团
同一年朱棣文实现了另一个突破，他用有三对对射激光束的多普勒冷却法，把原子冷却在三维空间中。在这种光束组合下，一个原子无论想哪个方向运动，它都会受到一个阻尼力。于是，原子的速度分布（及温度）将被减少。激光对原子的作用与粘性介质的作用相似，这就产生了一个新名词：光学粘团。

光学粘团：在六束激光的交汇区，原子象在粘性介质中那样缓慢行动。

磁光阱
为实现捕陷，光必须对原子产生一个与位置相关的力（与冷却过程不同，那里要求产生与速度相关的力）。人们已经设计出多种不同类型的原子阱，最常用的是磁光阱（MOT）。在磁光阱中，捕陷是靠三对对射激光束和一个非均匀磁场来完成的。

多普勒冷却极限
多普勒冷却存在一个冷原子所能达到的温度极限。1998年菲利浦斯发明了一种飞行时间法来测量温度，发现温度要比多普勒极限低得多。显然在光学粘团中存在另外的冷却机制。

飞行时间法：在六束激光束关闭后，原子云以其温度所决定的方式膨胀，同时原子在重力作用下下落。当它们下落经过一片状激光束时，所感应的荧光被记录下来，因为原子云膨胀的信号随时间有一分布，通过探测这分布信号就可以确定原子云的温度。

新的冷却机制
柯亨-达诺基和朱棣文发现了关于这种低温的解释。这些解释建立在激光场的偏振是随光学粘团位置变化这一事实上。
这种新的冷却机制的一个例子被称作西西弗斯冷却，光频移和光抽运在这里起着重要作用。

希腊深化人物西西弗斯被罚在地狱里无休止地把一块巨石推向山顶，一旦到达山顶这块石头又立刻滚落下来。
西西弗斯冷却：原子在一正先弦调制的势能面上运动，这一势能面是由于原子和光互相作用（发生光频移）使其能级变化而形成的。当它们向“山顶”运动时，原子将失去速度。当它们到达“山顶”时将别光抽运至“谷底”。这样原子将一直向“山顶”运动，因此它们的速度将逐渐被降低。这是柯亨-达诺基所发展的物理图象。

低于反冲极限的冷却
上述冷却方法受到了散射光子反冲的限制。这意味着只要原子散射光子，其温度不可能低于单光子反冲引起的速度所对应的温度。为了冷却到低于这个反冲极限，必须使激光不被冷却的原子“看见”。为此，克劳特·柯亨-达诺基发明了一种称为“速度选择相关总体辅陷”VSCPT的方法。朱棣文发明了另外一种称为“拉曼冷却”的方法。目前克劳特·柯亨-达诺基小组利用VSCPT方法已将氦原子冷却至千分之一的反冲极限温度。

一石激起千层浪
目前有一百多个研究小组在开展激光冷却的研究。许多应用正在探索之中，如：原子化学、原子印刻、原子钟、光学晶格、光镊、玻色-爱因斯坦凝聚、原子激光、高分辨光谱以及光和物质的相互作用的基础研究等等。