埃里克·康奈尔 :埃里克·康奈尔

更新时间:2024-09-20 16:30

埃里克·康奈尔(英语:Eric Allin Cornell,1961年12月19日—),出生于加利福尼亚州帕洛阿尔托,美国物理学家。因在稀薄的碱金属气体中实现了萨特延德拉·玻色阿尔伯特·爱因斯坦凝聚(BEC),及其在对这种凝聚物的特性进行早期的基础研究中取得了的杰出成就。

人物经历

康奈尔出生在加利福尼亚州帕洛阿尔托。他的父母在离帕洛阿尔托仅十分钟车程之遥的斯坦福大学获得研究生学位。康奈尔出生两年后,他的父亲在麻省理工学院土木工程系出任教授,康奈尔也随之搬到了麻省理工学院所在的马萨诸塞州剑桥,并在那里度过了童年时光。不过由于父亲有时会去外地做休假研究(sabbatical),康奈尔也在加州伯克利和葡萄牙里斯本各住过一整年。在高中毕业前一年,他与母亲搬回加利福尼亚州,在旧金山一所以教育聪颖儿童著称的中学完成高中。

康奈尔本科就读于父母的母校斯坦福大学。在校期间他就已经在几个低温物理课题组作助手。康奈尔在课业和实验室工作上都很顺利,做一个物理学家的未来在向他招手,但那时他仍没想好是应该研究物理,还是去从事文学或政治方面的工作。大学读到当中,康奈尔去了中国大陆和台湾,在九个月里担任英语口语志愿老师,同时学习中文。这段经历让他发现自己真正擅长的还是物理。1985年,康奈尔以优等生荣誉从斯坦福大学毕业。在大学期间,康奈尔还遇到了他未来的妻子Celeste Landry。

大学毕业后,康奈尔进入麻省理工学院就读研究生。在此期间他在Dave Pritchard的研究组里从事中微子研究,具体课题是利用的β衰变测定电子中微子的质量。尽管未能成功,他还是在1990年获得了博士学位。

之后,康奈尔以博士后研究人员身份进入了科罗拉多大学博尔德分校的卡尔·威曼研究组。在科罗拉多大学博尔德分校的两年里,他提出了一个实现萨特延德拉·玻色阿尔伯特·爱因斯坦凝聚的方法:用磁场约束原子,同时利用激光冷却和蒸发冷却,使系统温度降到足够低。这一设想得到了认可,他得以在美国国家标准技术研究所(NIST)和科罗拉多大学合办的JILA研究所里获得一个长期职位。玻色-爱因斯坦凝聚最终在1995年实现。这是原子物理学领域一个突破性的成果,康奈尔和他的博士后导师卡尔·维曼以及沃尔夫冈·凯特纳三人因此获得2001年的诺贝尔物理学奖

康奈尔目前是科罗拉多大学博尔德分校的物理学教授,同时也在美国国家标准技术研究所和美国商务部任职(国家标准技术研究所是商务部下属单位)。他的实验室位于JILA。除了诺贝尔奖之外,他还在1998年获得过洛仑兹奖章。康奈尔是美国科学促进会的会士和美国艺术与科学院

个人生活

康奈尔在1995年与Celeste Landry结婚。他们在1996年迎来了第一个女儿伊莉莎,第二个女儿索菲娅于1998年降生。

2004年,康奈尔罹患一种名为坏死性筋膜炎的罕见病,他的左臂和肩膀因而不得不被截去,以阻止细菌蔓延。他在当年12月出院,经过休养后于2005年四月返回职位工作。

他自1990年搬到博尔德以来,积极参与当地社区活动,包括多次参加博尔德博尔德比赛,最近一次是在2022年。

发现新物质

2001年,美国科学家埃里克·康奈尔、卡尔·维曼和德国科学家沃尔夫冈·凯特纳。他们根据萨特延德拉·玻色阿尔伯特·爱因斯坦理论发现了一种新的物质状态——“碱金属原子稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)”。

发表论文

1924年,年轻的印度学者玻色撰写了一篇论文,用完全不同于经典电动力学的统计方法,导出了马克斯·普朗克黑体辐射公式。他将论文寄给著名物理学家爱因斯坦,期望得到后者认同。爱因斯坦马上认识到该文的价值,立即将其译成德语发表。随后,爱因斯坦又将玻色的方法推广应用到单原子理想气体,并预言这些原子当它们之间的距离足够近、热运动速度足够慢时将会发生相变,变成一种新的物质状态——玻色—爱因斯坦凝聚。处在这种状态的气体原子,其总自旋一定为整数,即为玻色子。当温度足够低时,这些原本各自独立的气体原子会变成一群“统一行动”的原子,即“凝聚”在一个相同的能量最低的量子态,形成一个新的宏观物质状态。阿尔伯特·爱因斯坦的论文发表后,引起了物理学家的普遍关注。经过70多年的努力,直到1995年,才由美国科罗拉多州博耳德实验天体物理联合研究所(JILA) 的康奈尔和韦曼以及麻省理工学院(MIT)的克特勒先后在实验中真正获得了萨特延德拉·玻色—爱因斯坦凝聚。

应当指出,要获得玻色—爱因斯坦凝聚,就必须将单原子气体冷却到绝对零度之上一百亿分之一摄氏度,这是十分困难的。大约在1990年,韦曼应用朱棣文等人发展起来的激光冷却和原子阱囚禁技术拟定了一个在碱原子中实现玻色—阿尔伯特·爱因斯坦凝聚的实验方案:先在磁光阱中用激光冷却碱原子,然后再应用射频“蒸发”冷却除掉在磁阱中那些速度快的原子以达到玻色—爱因斯坦凝聚所必需的低温。美国JILA小组的康奈尔和韦曼采用上述方案使原子系统的温度降低至170nK,并通过在样品上加上足够快的旋转磁场来避免阱中心原子的丢失,终于在1995年6月成功地实现了铷原子的萨特延德拉·玻色—爱因斯坦凝聚。几乎同时,美国MIT普里特查德(D.E.Pritchard)小组的克特勒用类似的方法实现了钠原子的玻色—阿尔伯特·爱因斯坦凝聚。由于他通过聚焦在阱中心的强大激光束来阻止原子的丢失,得到了包含更多原子数的凝聚物,使得测量这些凝聚物的性质成为可能。在这三位诺贝尔奖得主所做的开创性实验之后,又有20多个研究小组获得了玻色—爱因斯坦凝聚物。但是,在这个研究领域,这三位诺贝尔奖得主所在的研究小组始终保持着他们的领先地位。

科学意义

研究萨特延德拉·玻色—爱因斯坦凝聚不仅有重要的科学意义,而且在芯片技术、精密测量和纳米技术等领域也有非常广泛的应用前景。以芯片技术为例,目前的芯片都是利用普通光线的激光来完成集成电路光刻,而普通光线的波长是有限度的,所以集成电路的密度已经接近极限。如果利用碱金属原子稀薄气体的“玻色-阿尔伯特·爱因斯坦凝聚”来完成集成电路的光刻,将会大大提高集成电路的密度,从而大大提高电脑芯片的运算速度。

外部链接

参考资料

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