1．獲獎者情況簡介
 

　　2001年諾貝爾物理學獎由3位物理學家共享。獲得者為美國科羅拉多大學的埃里克·康奈爾（Eric A.Cornell）教授、美國麻省理工學院的沃爾夫?qū)�·克特勒（Wolfgang Ketterle ）教授和美國科羅拉多大學的卡爾·維曼（Carl E. Wieman）教授，他們的主要研究工作為原子物理領(lǐng)域中的稀薄堿性原子氣體的玻色愛因斯坦冷凝態(tài)的研究和對冷凝物的早期基礎(chǔ)研究工作。三位獲獎者將均分總數(shù)為一千萬瑞典克郎（折合美金約100萬）的諾貝爾物理學獎獎金。三位獲獎者簡歷如下：
埃里克·康奈爾（Eric A. Cornell），40歲，1961年出生于加里佛尼亞，1990年獲得麻省理工學院的物理博士學位，現(xiàn)為美國國家標準技術(shù)研究所的資深科學家、科羅拉多大學的教授。
沃爾夫?qū)�·克特勒（Wolfgang Ketterle ），44歲，居美德國人， 1957年出生于德國海德堡，1986年獲得德國的物理博士學位，現(xiàn)為美國麻省理工學院的教授。
卡爾·維曼（Carl E. Wieman），50歲，美國人， 1951年出生于俄勒岡州，1977年獲得斯坦福大學的物理博士學位，現(xiàn)為美國科羅拉多大學的教授。

　　2．玻色愛因斯坦冷凝態(tài)

常溫下的氣體原子行為就象臺球一樣，原子之間以及與器壁之間互相碰撞，其相互作用遵從經(jīng)典力學定律，圖1（a）；低溫的原子運動，其相互作用則遵從量子力學定律，由德布洛意波來描述其運動，此時的德布洛意波波長λdb小于原子之間的距離d，圖1（b），其運動由量子屬性自旋量子數(shù)來決定。我們知道，自旋量子數(shù)為整數(shù)的粒子為玻色子，而自旋量子數(shù)為半整數(shù)的粒子為費米子。玻色子具有整體特性，在低溫時集聚到能量最低的同一量子態(tài)(基態(tài))；而費米子具有互相排斥的特性，它們不能占據(jù)同一量子態(tài)，因此其它的費米子就得占據(jù)能量較高的量子態(tài)，原子中的電子就是典型的費米子。早在1924年玻色和愛因斯坦就從理論上預言存在另外的一種物質(zhì)狀態(tài)---玻色愛因斯坦冷凝態(tài)，即當溫度足夠低、原子的運動速度足夠慢時，它們將集聚到能量最低的同一量子態(tài)。此時，所有的原子就象一個原子一樣，具有完全相同的物理性質(zhì)。根據(jù)量子力學中的德布洛意關(guān)系，λdb=h/p。粒子的運動速度越慢（溫度越低），其物質(zhì)波的波長就越長。當溫度足夠低時，原子的德布洛意波長與原子之間的距離在同一量級上，此時，物質(zhì)波之間通過相互作用而達到完全相同的狀態(tài)，其性質(zhì)由一個原子的波函數(shù)即可描述，圖1（c） ；當溫度為絕對零度時，熱運動現(xiàn)象就消失了，原子處于理想的玻色愛因斯坦冷凝態(tài)[1]，圖1（d）。

圖1 玻色愛因斯坦冷凝態(tài)(從上而下為a,b,c,d)

　　在理論提出70年之后，2001年的諾貝爾物理學獎獲得者就從實驗上實現(xiàn)了這一現(xiàn)象（在1995年）。實驗是利用堿性原子實現(xiàn)的，堿性原子形成的冷凝態(tài)，是一種純粹的玻色愛因斯坦冷凝態(tài)，因此可以對玻色愛因斯坦冷凝態(tài)現(xiàn)象進行充分的研究。前些年的物理研究也部分的實現(xiàn)了玻色愛因斯坦冷凝態(tài)，例如超導中的庫泊電子對無電阻現(xiàn)象，超流體中的無摩擦現(xiàn)象，但其系統(tǒng)特別復雜，難以對玻色愛因斯坦冷凝態(tài)現(xiàn)象進行充分的研究。（它們也是獲得諾貝爾物理學獎的研究成果，超流 體中的無摩擦現(xiàn)象1962年，超導中的庫泊電子對無電阻現(xiàn)象1972年。）

　　3．堿性原子的玻色愛因斯坦冷凝態(tài)的實現(xiàn)

　　我們知道原子氣體在低溫時容易形成液體，利用堿性原子銣87Rb 和鈉23Na可以避免液體的形成。兩種原子都具有整數(shù)的自旋量子數(shù)和弱的排斥力，實驗中原子的速度只有幾個毫米/秒，這對應的溫度為100 nK（1 nK =10的-9次方K）。這極低的溫度是用激光冷卻的辦法（1997年的諾貝爾物理學獎成果）來達到的[2]。其基本原理是通過原子與光子的動量交換來達到冷卻原子的目的，冷卻后的原子由磁場與激光組成的磁-光囚禁阱囚禁，然后在囚禁阱中繼續(xù)用蒸發(fā)冷卻的辦法達到所需要的溫度，即把熱的原子蒸發(fā)掉。在囚禁阱的邊緣部分，磁場很強，控制原子磁極的射頻場的頻率很高，通過逐漸的降低頻率可以把溫度高的原子排出阱外，從而達到冷卻的目的。道理就象茶在茶杯中變涼一樣。在磁-光囚禁阱中原子是靠偶極磁場力來約束的，如果原子的磁極發(fā)生反轉(zhuǎn)，就會使吸引力變?yōu)榕懦饬�，因此需要用射頻場來控制原子磁極的反轉(zhuǎn)。但是在囚禁阱的中心電磁場為零，這就不能控制原子自旋態(tài)（磁極）的變化。為此，埃里克·康奈爾采用旋轉(zhuǎn)磁場裝置使原子始終不能達到磁場為零的位置，以達到控制原子自旋態(tài)的的目的[3]，從而在1995年的6月實現(xiàn)了87Rb的玻色愛因斯坦冷凝態(tài)。