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埃里克·康奈爾
來源:互聯網

埃里克·康奈爾(英語:Eric Allin Cornell,1961年12月19日—),出生于加利福尼亞州帕洛阿爾托,美國物理學家。因在稀薄的堿金屬氣體中實現了薩特延德拉·玻色阿爾伯特·愛因斯坦凝聚(BEC),及其在對這種凝聚物的特性進行早期的基礎研究中取得了的杰出成就。

人物經歷

康奈爾出生在加利福尼亞州帕洛阿爾托。他的父母在離帕洛阿爾托僅十分鐘車程之遙的斯坦福大學獲得研究生學位。康奈爾出生兩年后,他的父親在麻省理工學院土木工程系出任教授,康奈爾也隨之搬到了麻省理工學院所在的馬薩諸塞州劍橋,并在那里度過了童年時光。不過由于父親有時會去外地做休假研究(sabbatical),康奈爾也在加州伯克利和葡萄牙里斯本各住過一整年。在高中畢業前一年,他與母親搬回加利福尼亞州,在舊金山一所以教育聰穎兒童著稱的中學完成高中。

康奈爾本科就讀于父母的母校斯坦福大學。在校期間他就已經在幾個低溫物理課題組作助手。康奈爾在課業和實驗室工作上都很順利,做一個物理學家的未來在向他招手,但那時他仍沒想好是應該研究物理,還是去從事文學或政治方面的工作。大學讀到當中,康奈爾去了中國大陸和臺灣,在九個月里擔任英語口語志愿老師,同時學習中文。這段經歷讓他發現自己真正擅長的還是物理。1985年,康奈爾以優等生榮譽從斯坦福大學畢業。在大學期間,康奈爾還遇到了他未來的妻子Celeste Landry。

大學畢業后,康奈爾進入麻省理工學院就讀研究生。在此期間他在Dave Pritchard的研究組里從事中微子研究,具體課題是利用的β衰變測定電子中微子的質量。盡管未能成功,他還是在1990年獲得了博士學位。

之后,康奈爾以博士后研究人員身份進入了科羅拉多大學博爾德分校的卡爾·威曼研究組。在科羅拉多大學博爾德分校的兩年里,他提出了一個實現薩特延德拉·玻色阿爾伯特·愛因斯坦凝聚的方法:用磁場約束原子,同時利用激光冷卻和蒸發冷卻,使系統溫度降到足夠低。這一設想得到了認可,他得以在美國國家標準技術研究所(NIST)和科羅拉多大學合辦的JILA研究所里獲得一個長期職位。玻色-愛因斯坦凝聚最終在1995年實現。這是原子物理學領域一個突破性的成果,康奈爾和他的博士后導師卡爾·維曼以及沃爾夫岡·凱特納三人因此獲得2001年的諾貝爾物理學獎

康奈爾目前是科羅拉多大學博爾德分校的物理學教授,同時也在美國國家標準技術研究所和美國商務部任職(國家標準技術研究所是商務部下屬單位)。他的實驗室位于JILA。除了諾貝爾獎之外,他還在1998年獲得過洛侖茲獎章。康奈爾是美國科學促進會的會士和美國藝術與科學院

個人生活

康奈爾在1995年與Celeste Landry結婚。他們在1996年迎來了第一個女兒伊莉莎,第二個女兒索菲婭于1998年降生。

2004年,康奈爾罹患一種名為壞死性筋膜炎的罕見病,他的左臂和肩膀因而不得不被截去,以阻止細菌蔓延。他在當年12月出院,經過休養后于2005年四月返回職位工作。

他自1990年搬到博爾德以來,積極參與當地社區活動,包括多次參加博爾德博爾德比賽,最近一次是在2022年。

發現新物質

2001年,美國科學家埃里克·康奈爾、卡爾·維曼和德國科學家沃爾夫岡·凱特納。他們根據薩特延德拉·玻色阿爾伯特·愛因斯坦理論發現了一種新的物質狀態——“堿金屬原子稀薄氣體的玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)”。

發表論文

1924年,年輕的印度學者玻色撰寫了一篇論文,用完全不同于經典電動力學的統計方法,導出了馬克斯·普朗克黑體輻射公式。他將論文寄給著名物理學家愛因斯坦,期望得到后者認同。愛因斯坦馬上認識到該文的價值,立即將其譯成德語發表。隨后,愛因斯坦又將玻色的方法推廣應用到單原子理想氣體,并預言這些原子當它們之間的距離足夠近、熱運動速度足夠慢時將會發生相變,變成一種新的物質狀態——玻色—愛因斯坦凝聚。處在這種狀態的氣體原子,其總自旋一定為整數,即為玻色子。當溫度足夠低時,這些原本各自獨立的氣體原子會變成一群“統一行動”的原子,即“凝聚”在一個相同的能量最低的量子態,形成一個新的宏觀物質狀態。阿爾伯特·愛因斯坦的論文發表后,引起了物理學家的普遍關注。經過70多年的努力,直到1995年,才由美國科羅拉多州博耳德實驗天體物理聯合研究所(JILA) 的康奈爾和韋曼以及麻省理工學院(MIT)的克特勒先后在實驗中真正獲得了薩特延德拉·玻色—愛因斯坦凝聚。

應當指出,要獲得玻色—愛因斯坦凝聚,就必須將單原子氣體冷卻到絕對零度之上一百億分之一攝氏度,這是十分困難的。大約在1990年,韋曼應用朱棣文等人發展起來的激光冷卻和原子阱囚禁技術擬定了一個在堿原子中實現玻色—阿爾伯特·愛因斯坦凝聚的實驗方案:先在磁光阱中用激光冷卻堿原子,然后再應用射頻“蒸發”冷卻除掉在磁阱中那些速度快的原子以達到玻色—愛因斯坦凝聚所必需的低溫。美國JILA小組的康奈爾和韋曼采用上述方案使原子系統的溫度降低至170nK,并通過在樣品上加上足夠快的旋轉磁場來避免阱中心原子的丟失,終于在1995年6月成功地實現了銣原子的薩特延德拉·玻色—愛因斯坦凝聚。幾乎同時,美國MIT普里特查德(D.E.Pritchard)小組的克特勒用類似的方法實現了鈉原子的玻色—阿爾伯特·愛因斯坦凝聚。由于他通過聚焦在阱中心的強大激光束來阻止原子的丟失,得到了包含更多原子數的凝聚物,使得測量這些凝聚物的性質成為可能。在這三位諾貝爾獎得主所做的開創性實驗之后,又有20多個研究小組獲得了玻色—愛因斯坦凝聚物。但是,在這個研究領域,這三位諾貝爾獎得主所在的研究小組始終保持著他們的領先地位。

科學意義

研究薩特延德拉·玻色—愛因斯坦凝聚不僅有重要的科學意義,而且在芯片技術、精密測量和納米技術等領域也有非常廣泛的應用前景。以芯片技術為例,目前的芯片都是利用普通光線的激光來完成集成電路光刻,而普通光線的波長是有限度的,所以集成電路的密度已經接近極限。如果利用堿金屬原子稀薄氣體的“玻色-阿爾伯特·愛因斯坦凝聚”來完成集成電路的光刻,將會大大提高集成電路的密度,從而大大提高電腦芯片的運算速度。

外部鏈接

參考資料 >

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