記2012年物理學獎得主：量子物理實驗派雙杰

　　10月9日下午，2012年諾貝爾物理學獎揭曉。瑞典皇家科學院諾貝爾獎評審委員會將獎項授予給了量子光學領域的兩位科學家――法國物理學家塞爾日?阿羅什與美國物理學家戴維?瓦恩蘭，以獎勵他們“提出了突破性的實驗方法，使測量和操控單個量子系統成為可能”。

　　諾獎官方網站稱，塞爾日?阿羅什與戴維?瓦恩蘭兩人分別發明并發展出的方法，讓科學界得以在不影響粒子量子力學性質的情況下，對非常脆弱的單個粒子進行測量與操控。他們的方式，在此前一度被認為是不可能做到的。

　　而這就是諾貝爾物理學獎此次垂青于兩位實驗派物理學家的原因。

　　進入量子光學的神秘之門

　　本屆物理獎的兩位得主戴維?瓦恩蘭與塞爾日?阿羅什是同年生人。

　　塞爾日?阿羅什，1944年出生在摩洛哥卡薩布蘭卡，1971年于法國巴黎的皮埃爾與瑪麗?居里大學取得博士學位，目前在法蘭西學院和法國巴黎高等師范學院任教授。在拿到本屆諾貝爾物理學獎前，他已被業內譽為腔量子電動力學的實驗奠基人。

　　戴維?瓦恩蘭，1944年出生于美國威斯康星州密爾沃基，1970年于哈佛大學取得博士學位，目前作為研究團隊帶頭人和研究員，就職于美國國家標準與技術研究院(NIST)與科羅拉多大學波德分校。瓦恩蘭亦一直有著“離子阱量子計算實驗奠基者”的頭銜。

　　他們兩人是量子物理實驗派雙杰。兩人研究的范疇都屬于量子光學，這一領域在上世紀80年代中期以后經歷了長足發展，而他們的學術生涯一直在與單光子與離子打交道，研究光與物質在最基本層面上的相互作用。

　　曾經很長時間以來，實驗派物理學家們想在一個微觀層面上研究光與物質的相互作用，這完全是難以想象的事。因為，對于光或者其他物質的單個粒子而言，經典物理學已不適用，量子力學的法則在此時取而代之。但是單個粒子卻很難從周圍環境中被分離出來，并且，它一旦和周遭環境發生相互作用，便會立即喪失其神秘的量子特征。

　　如此讓人束手無措的局面，使得很多量子力學理論所預言的怪異現象無法被科學家們直接觀察到。于是長期以來，研究人員只能依靠那些法則已證明可能會影響到量子奇異特性的實驗來進行觀察研究。而這或許讓實驗派物理學家們感覺一直跟在理論的后邊亦步亦趨。

　　真正改變實驗物理學的人

　　扭轉這一窘狀的正是阿羅什與瓦恩蘭，他們兩人帶領各自的研究小組，分別發展出理想的方法，用于測量并操控非常脆弱的量子態。

　　具體而言，兩人所采用的方法既有共通特點亦各有精妙之處：瓦恩蘭捕獲帶電原子(離子)，隨后使用光(光子)對其進行操控和測量，這些離子被放置在超低溫中，防止被外界“打擾”。該方法關鍵在于巧妙的使用激光束以及激光脈沖抑制了離子的熱運動，離子因此進入特定的量子疊加態中――疊加態正是量子世界最神秘的特性――從而保持住了單個粒子的量子特征。

　　而阿羅什雖然同樣使實驗處于真空和超低溫環境，卻采用的是完全相反的手段：利用原子對光子進行操控和測量。他將兩面特制的、反射能力極強的鏡子組成空腔，捕獲住光子并讓其在空腔中停留0.1秒――這點兒時間已足夠光子在消失前繞地球一圈――這時他再讓里德伯原子(比一般原子大1000倍的巨大原子)穿過空腔，每次通過一個里德伯原子，原子離開時，會“告訴”他空腔里還有沒有光子。

　　試著分別去操縱一個光子與離子，借以深入洞察一個微觀的世界――原本僅僅是理論學派的領域，正是塞爾日?阿羅什與戴維?瓦恩蘭的研究“打開了新時代量子物理學實驗領域的大門”。現在，借助他們的新方式，實驗物理學家們得以操控粒子或對粒子進行計數。

　　實驗、應用、改變人們的生活

　　但阿羅什與瓦恩蘭的成就并不止于此。

　　在公布本屆物理獎獲得者后，諾獎組委會還介紹了兩人的成果在應用層面上的意義。據組委會稱，阿羅什與瓦恩蘭在他們的研究領域采取了突破性的方法，產生其中一個應用是將建立起一種新型的、基于量子物理學的超快計算機，這或將導致極其先進的通信和計算模式。換句話說，這是向著研制具有驚人運算速度的量子計算機邁出了第一個腳步。科學家預想，或許，就在本世紀，量子計算機會徹底改變我們每個人的日常生活――正如經典計算機在上個世紀曾徹底顛覆每個人的生活方式一樣。

　　而阿羅什與瓦恩蘭的研究產生的另一個應用是：“會帶來一種非比尋常的精準時鐘，并在未來成為一個新的計時標準。”這種超高精度鐘表的精確度將比今天所使用的銫原子鐘高出數百倍。此前，世界最精確的時鐘曾經就是瓦恩蘭就職的科羅拉多州國家標準與技術研究所制造的量子邏輯鐘，它的誤差約為每37億年1秒。

　　阿羅什與瓦恩蘭展示了如何在不破壞單個粒子的情況下對其進行直接觀察的方法，但他們做到的卻不只是在量子世界控制住粒子，其帶給人們生活的改變，將遠超今天目力所能夠看得到的。

　　那么，榮摘諾獎桂冠又是否改變了科學家本人的生活呢?據英國廣播公司(BBC)在線版消息稱，塞爾日?阿羅什本人僅僅提前了20分鐘被組委會告知自己獲獎的消息。

　　“我很幸運，”塞爾日?阿羅什說，但他指的并不是自己得獎這回事，“(接到來電時)我正在一條街上，旁邊就有個長椅，所以我第一時間就坐了下來。”他形容那一刻的心情，“當我看到是瑞典的來電區號，我意識到這是真實的，那種感覺，你知道，真是勢不可擋。”

　　不過據諾獎官網的推特稱，阿羅什接到獲獎的確切消息后，打了個電話給自己的孩子，然后開了瓶香檳慶祝，再然后，他又回實驗室工作去了。