Вільям Д. Філліпс змінив наше уявлення про те, як вимірювати холод. Американський фізик, що народився у Вілкс-Баррі, штат Пенсільванія, у 1948 році, не просто вивчав атоми. Він їх заморожував. Його робота з використання лазерного світла для охолодження та утримання атомів принесла йому Нобелівську премію з фізики 1997 року. Він розділив цю честь зі Стівеном Чу та Клодом Коеном-Таннуджі, які також розробили методи лазерного охолодження та утримання атомів.
Філіпс отримав докторський ступінь з фізики у 1976 році. Він проходив постдоківське стажування у Массачусетському технологічному інституті (MIT). Потім, 1978 року, він приєднався до Національного бюро стандартів у Гейтерсбурзі, штат Меріленд. Ця установа зараз відома як Національний інститут стандартів та технологій. Саме там він провів дослідження, відзначені нагородою.
Він спирався більш ранні роботи Чу. Філіпс розробив нові методи вимірювання температури атомів, охолоджених лазером. 1988 року сталося щось дивовижне. Він виявив, що атоми досягли температури в шість разів нижче за передбачену теоретичну межу. Це порушило правила, якими вони були відомі на той час.
Клод Коен-Таннуджі уточнив теорію, щоб пояснити ці нові результати. Потім він та Філіпс досліджували методи утримання атомів, охолоджених до ще нижчих температур. Їхня робота над методами “лазерного охолодження” зробила більше, ніж просто охолодження. Вона відчинила двері до нового стану матерії.
Конденсат Бозе-Ейнштейна
Ці двері призвели до першого спостереження конденсату Бозе-Ейнштейна у 1995 році. Вчені передбачили цей стан 70 років тому, коли Альберт Ейнштейн та Сатьєндра Нат Бозе теоретизували про це.
«У цьому стані атоми настільки охолоджені та уповільнені, що фактично зливаються і поводяться як єдина квантова сутність».
Подумайте про це. Атоми зазвичай відскакують одна від одної. Вони помітні. Індивідуальні. У конденсаті вони настільки холодні, що зливаються. Вони поводяться як єдина квантова сутність. Вона набагато більша за будь-який окремий атом.
Це була не просто лабораторна трюкацтво. Це довело, що квантова механіка, зазвичай зарезервована для мікроскопічних та швидких об’єктів, може спостерігатися у повільному, холодному, майже макроскопічному стані. Техніки, які Філліпс та його колеги вдосконалили, дозволили сповільнити атоми до повзання.
Чому це важливо сьогодні? Тому що контроль температури на атомному рівні забезпечує неймовірну точність. Це призводить до створення кращого атомного годинника. Це дозволяє створювати точніші датчики. Це допомагає зрозуміти фундаментальні будівельні блоки реальності.
Шлях Філліпса з невеликого містечка в Пенсільванії на вершину фізичного світу почався з простого запитання: наскільки можна зробити холодним? І відповідь, як виявилося, була холоднішою, ніж будь-хто міг подумати. Лазер не просто зупинив атоми. Він змінив наше уявлення про те, що атоми здатні робити.
