William D. Phillips zmienił nasze podejście do pomiaru zimna. Amerykański fizyk urodzony w Wilkes-Barre w Pensylwanii w 1948 roku zajmował się czymś więcej niż tylko badaniem atomów. Zamroził je. Jego praca z wykorzystaniem światła laserowego do chłodzenia i zamykania atomów przyniosła mu Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1997 roku. Podzielił się tym zaszczytem ze Stevenem Chu i Claudem Cohenem-Tannoudji, którzy również opracowali techniki chłodzenia laserowego i utrzymywania atomów.
Phillips uzyskał stopień doktora fizyki w 1976 r. Odbył staż podoktorski w Massachusetts Institute of Technology (MIT). Następnie w 1978 roku dołączył do Krajowego Biura Normalizacyjnego w Gaithersburgu w stanie Maryland. Instytucja ta jest obecnie znana jako Narodowy Instytut Standardów i Technologii. To tam przeprowadził wielokrotnie nagradzane badania.
Oparł się na wcześniejszej pracy Chu. Phillips opracował nowe metody pomiaru temperatury atomów chłodzonych laserowo. W 1988 roku wydarzyło się coś niesamowitego. Odkrył, że atomy osiągnęły temperaturę sześciokrotnie niższą od przewidywanej teoretycznej granicy. To złamało obowiązujące wówczas zasady.
Claude Cohen-Tannoudji udoskonalił teorię, aby wyjaśnić te nowe wyniki. Następnie on i Phillips badali metody zamykania atomów schłodzonych do jeszcze niższych temperatur. Ich praca nad technikami chłodzenia laserowego przyniosła więcej niż tylko chłodzenie. Otworzyła drzwi do nowego stanu materii.
Kondensat Bosego-Einsteina
Drzwi te doprowadziły do pierwszej obserwacji kondensatu Bosego-Einsteina w 1995 r. Naukowcy przewidzieli taki stan 70 lat temu, kiedy snuli teorie na ten temat Albert Einstein i Satyendra Nath Bose.
„W tym stanie atomy są tak chłodzone i spowalniane, że w rzeczywistości łączą się i zachowują jak pojedyncza jednostka kwantowa”.
Pomyśl o tym. Atomy zwykle odbijają się od siebie. Można je odróżnić. Indywidualny. Podczas kondensacji są tak zimne, że łączą się. Zachowują się jak pojedyncza jednostka kwantowa. Jest znacznie większy niż jakikolwiek pojedynczy atom.
To nie była tylko sztuczka laboratoryjna. Udowodniło to, że mechanikę kwantową, zwykle zarezerwowaną dla obiektów mikroskopijnych i szybkich, można obserwować w stanie powolnym, zimnym, niemal makroskopowym. Techniki udoskonalone przez Phillipsa i jego współpracowników umożliwiły spowolnienie atomów do pełzania.
Dlaczego jest to dziś ważne? Ponieważ kontrola temperatury na poziomie atomowym zapewnia niesamowitą precyzję. Prowadzi to do powstania lepszych zegarów atomowych. Pozwala to na tworzenie dokładniejszych czujników. Pomaga nam zrozumieć podstawowe elementy składowe rzeczywistości.
Podróż Phillipsa z małego miasteczka w Pensylwanii na szczyt świata fizycznego rozpoczęła się od prostego pytania: Jak zimno możesz to zrobić? Odpowiedź, jak się okazało, była zimniejsza, niż ktokolwiek mógł przypuszczać. Laser nie tylko zatrzymywał atomy. Zmienił nasze rozumienie tego, co potrafią atomy.
