“窥见单个活粒子的人”获得诺贝尔物理奖

 　　法国人塞尔日·阿罗什和美国人戴维·维因兰德因为粒子控制研究而获得2012年度诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖评审委员会认定，两名获奖者“独立发明并发展测量和控制粒子个体、同时保持它们量子力学特性的方法”。

　　评委会9日在瑞典首都斯德哥尔摩宣布这一消息时认定，两人“开启量子物理学实验新时代的大门，显示不必损毁量子粒子个体，就可以直接观测它们”。

　　■分离单个量子解“纠缠”

　　阿罗什1944年在摩洛哥出生，1971年在法国首都巴黎的皮埃尔和玛丽·居里大学获得博士学位，现任法兰西学院和巴黎高等师范学院教授。

　　他的研究课题，涉及一种名为“量子纠缠”的现象。

　　所谓“纠缠”，是基本粒子所处微观层面上，单个粒子一方面难以与周围环境分离；另一方面是一旦与周围环境相互作用，随即失去量子特性；另外，如果两个粒子相互作用，即使两者分离，互动作用会继续存在。

　　相当长一段时期内，量子物理学理论所预言的诸多神奇现象难以在实验室环境下直接“实地”观测和验证，只存在于研究人员的“思维实验”中。

　　从上世纪80年代初开始，阿罗什及其同事所作研究援用量子光学原理，探究光和物质之间的基本互动，具体手段是把原子送入一个“陷阱”，控制并测量“陷落”在陷阱中的光子。

　　■将离子送入“陷阱”

　　维因兰德与阿罗什同年，美国出生，1970年在美国哈佛大学获得博士学位，现在美国标准技术学院和科罗拉多大学任职。

　　实验中，维因兰德设下“离子陷阱”，其中离子带电，继而借助光子控制和测量这些离子。无论是“光子阱”、还是“离子阱”，依照诺奖评委会的说法，都显现“独创性”，在两位获奖者创制这些方法以前由其他研究人员认定为“不可能”。他们的成果因而具有“奠基意义”。

　　■量子计算机或将改变生活

　　诺奖官方网站在新闻公告中说，两位获奖者都在量子光学领域里研究光和物质的基本相互作用，这个领域从上世纪80年代中期以来取得了长足的进展。“他们的突破性实验方法使得整个研究领域迈出了建立新型超快量子计算机的第一步。也许就在这个世纪里，量子计算机就将彻底改变我们的日常生活，如同经典计算机在上个世纪改变了我们的生活那样。这些研究还使我们能够以让原子穿过光阱的方式来建造极其精确的时钟，也许将成为未来新的时间标准的基础，比我们现行的铯原子钟要精确好几百倍。”

　　中国科学院大学副校长、凝聚态物理理论与计算材料物理学专家苏刚对本报记者表示，当今的经典计算机的计算能力是有限的；而未来的量子计算机，将对前者实现“史无前例的超越”。

　　另一方面，这项研究还有助于建造极其精确的时钟，比现行的铯原子钟精确好几百倍。这将在航空航天、GPS导航和军事国防等领域产生深远影响。苏刚说：“这种精密测量技术为未来的‘时间’概念提出新的标准。”

　　■资料来源/诺奖官网

　　解读

　　不打开箱子偷窥到“薛定谔的猫”

　　“薛定谔的猫”是奥地利著名物理学家薛定谔在1935年提出的一个“悖论”，也是量子力学的永恒象征。

　　在这个试验中， 薛定谔设想了一个装有放射性原子核和有毒气体的密闭箱子，并将一只小猫放入其中。如果原子核发生衰变放射出粒子，将触动一个电子开关砸碎毒药瓶，小猫必死无疑。原子核的衰变是随机事件，物理学家只知道它的半衰期，却无法知道它衰变的具体时间。

　　根据我们的日常生活经验，如果不打开箱子盖子，可以认定小猫非死即活。但是根据薛定谔方程的描述，则只能说小猫处于一种死和活的叠加态，也就是我们说的半死不活。只有在打开盖子的一瞬间，才能“决定”其生死。

　　“薛定谔的猫”的巧妙之处在于通过一条因果链将量子力学的微观不确定性变为宏观不确定性。一个放射性原子，它何时衰变是完全概率性的。只要没有观测，它便处于衰变/不衰变的叠加状态中，只有确实地测量了，它才会随机选择一种状态出现。把盒子打开，实验者只能看到“衰变的原子核和死猫”或者“未衰变的原子核和活猫”两种情况。

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