2001年——2005年

埃里克·康奈尔(Eric A. Cornell, 1961-)、沃尔夫冈·克特勒(Wolfgang Ketterle，1957-)和卡尔·韦曼(Carl E. Wieman, 1951-)因在稀薄的碱金属气体中实现了玻色-爱因斯坦凝聚，以及在对这种凝聚物的特性进行早期的基础研究中所取得的杰出成就，共同分享了2001年度诺贝尔物理学奖。

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，立即将其译成德文发表。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。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（左上图）和韦曼（左下图）以及麻省理工学院(MIT)的克特勒（右图）先后在实验中真正获得了玻色-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-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铷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-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。

研究玻色-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的光刻，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－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。

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雷蒙德·戴维斯(Raymond Davis Jr., 1914-)和小柴昌俊(Masatoshi Koshiba, 1926-)因在宇宙中微子探测方面所作的贡献，里卡尔多·贾科尼(Riccardo Giacconi, 1931-)因发现宇宙X射线源，共同分享了2002年度诺贝尔物理学奖。

早在1930年，著名理论物理学家泡利(W. Pauli)就预言了中微子的存在。由于中微子几乎不与任何物质发生作用，因此，尽管每秒有上万亿个中微子穿过我们的身体，但是我们很难发现它的踪影。25年之后，考恩(C.L.Cowan)和莱因斯(F. Reines)领导的小组第一次通过实验直接证实了中微子的存在。戴维斯（左图）和小柴昌俊（右图）的工作是进一步证实了太阳中微子的存在。元素核合成理论预言，太阳的能量来自于核聚变反应。在核聚变反应过程中，会放出大量中微子。戴维斯通过n + ³⁷Cl ® ³⁷Ar + e^-反应来探测中微子的，他的实验装置是一个埋在胡姆斯塔克(Homestake)1500米深矿井中的装有615吨C₂Cl₄液体的大容器。当中微子与液体中的³⁷Cl碰撞而放出电子时就转变为³⁷Ar，只要探测到³⁷Ar 的存在，就能证实中微子的存在。戴维斯持续了30年时间，才探测到约2000个中微子。观测到太阳中微子就直接证明了太阳内部确实进行着核聚变反应。但是，实验测得的太阳中微子流的强度仅为标准太阳模型预期值的一小半，这就是30多年来人们一直在谈论的“太阳中微子失踪之谜”。小柴昌俊在日本神冈建造了另一台大型中微子探测器，是一个装有2140吨水的大容器，在水箱的周围装有上千个光电倍增管。中微子有可能与水中的电子或质子相互作用，产生一个高能电子，这个电子可引起微弱的闪光，探测这种微弱的闪光就可证实中微子的存在。小柴昌俊的探测器探测到了来自太阳的中微子，并证实了戴维斯的实验结果。另外，小柴昌俊的探测器还探测到了1987年2月23日在大麦哲伦星云中爆发的那颗超新星所释放出的中微子。这是人类第一次观测到太阳以外的宇宙中微子。

包括太阳在内的所有恒星都在不断地发射各种波长的电磁波，不仅有可见光而且还有我们肉眼看不见的X射线、g射线等。由于X射线很容易被地球的大气层吸收，所以要探测来自宇宙空间的X射线，就必须把探测器放入太空中。贾科尼（左图）领导研制了世界上第一个宇宙X射线探测器“爱因斯坦X射线天文望远镜”并首次获得了精确的宇宙X射线图像，第一个探测到了太阳系以外的X射线源，第一个证实了宇宙中存在X射线辐射背景，第一个探测到了可能来自黑洞的X射线。另外，他还倡导研制了“钱德拉X射线望远镜”并于1999年送入太空，这对探测星系、类星体和恒星以及寻找黑洞、暗物质的踪迹有着非常重要的意义。

戴维斯和小柴昌俊在“探测宇宙中微子”方面取得的成就导致了中微子天文学的诞生；贾科尼在“发现宇宙X射线源”方面取得的成就同样导致了X射线天文学的诞生。

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瑞典皇家科学院宣布，将2003年诺贝尔物理学奖授予拥有俄罗斯和美国双重国籍的科学家阿列克谢·阿布里科索夫、俄罗斯科学家维塔利·金茨堡以及拥有英国和美国双重国籍的科学家安东尼·莱格特，以表彰他们在超导和超流体领域中作出的开创性贡献。
　

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瑞典皇家科学院宣布将2004年诺贝尔物理学奖授予加利福尼亚大学的戴维·格罗斯、加利福尼亚理工学院的戴维·波利茨、麻省理工学院的和弗兰克·威尔茨克，以表彰他们发现了强相互作用理论中的“渐近自由”现象。

什么是自然界最小的构物单位？这些粒子如何构成我们所看到的万物？什么力量在自然界中发挥作用、它们是如何发挥作用的？

　　2004年度的诺贝尔物理学奖得主的研究课题就与这些最基本的问题有关，这些问题困扰着二十世纪的物理学家，并仍对那些从事粒子加速器研究的理论家和试验者构成挑战。

　　戴维·格罗斯、戴维·波利茨、弗兰克·威尔茨克在对有关强作用力的研究方面作出了重要的理论发现。强作用力就是原子核内起维系作用的力量，它将质子和中子中的夸克束缚在一起，并将原子中的质子和中子束缚在一起。今年诺贝尔物理学得主的发现表面上看起来是完全矛盾的。对他们数字计算的解释说明夸克之间越接近，强作用力越弱。当夸克之间非常接近时，强作用力是如此之弱，以便到它们完全可以作为自由粒子活动。这种现象叫作“渐近自由”，即渐近不缚性。与此相反，当夸克之间的距离越大时，强作用力就越强。这种特性可以比喻为一种橡皮圈，橡皮圈拉得越长，力量就会越大。

　　这三位科学家1973年通过一个完善的数学模型公布了这一发现。这一发现导致了一个全新的理论，即量子色动力学。这一理论对标准模型作出了重要贡献。标准模型形容了与电磁力、强作用力、弱作用力有关的所有物理现象。在量子色动力学家的帮助下，物理学家终于能够解释为什么夸克只有在极高能的情况下它才会表现为自由粒子。在质子和中子中，它们三个经常一起出现。

　　由于戴维·格罗斯、戴维·波利茨、弗兰克·威尔茨克的发现，物理学家更接近于实现一个伟大的梦想，这就是为重力、电磁力、强作用力、弱作用力构建一个统一的理论，一个适用于所有物质的理论。
　

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资料来源：2002年及以前由高能所 厉光烈 李龙提供，2003年及以后转自新浪科技频道