Уильям Д. Филлипс изменил наше представление о том, как измерять холод. Американский физик, родившийся в Уилкс-Барре, штат Пенсильвания, в 1948 году, не просто изучал атомы. Он их замораживал. Его работа по использованию лазерного света для охлаждения и удержания атомов принесла ему Нобелевскую премию по физике 1997 года. Он разделил эту честь со Стивеном Чу и Клодом Коэном-Таннуджи, которые также разработали методы лазерного охлаждения и удержания атомов.
Филлипс получил докторскую степень по физике в 1976 году. Он проходил постдоковскую стажировку в Массачусетском технологическом институте (MIT). Затем, в 1978 году, он присоединился к Национальному бюро стандартов в Гейтерсбурге, штат Мэриленд. Это учреждение сейчас известно как Национальный институт стандартов и технологий. Именно там он провел исследования, отмеченные наградой.
Он опирался на более ранние работы Чу. Филлипс разработал новые методы измерения температуры атомов, охлажденных лазером. В 1988 году произошло нечто удивительное. Он обнаружил, что атомы достигли температуры в шесть раз ниже предсказанного теоретического предела. Это нарушило правила, какими они были известны в то время.
Клод Коэн-Таннуджи уточнил теорию, чтобы объяснить эти новые результаты. Затем он и Филлипс исследовали методы удержания атомов, охлажденных до еще более низких температур. Их работа над методами лазерного охлаждения сделала больше, чем просто охлаждение. Она открыла дверь к новому состоянию материи.
Конденсат Бозе-Эйнштейна
Эта дверь привела к первому наблюдению конденсата Бозе-Эйнштейна в 1995 году. Ученые предсказали это состояние 70 лет назад, когда Альберт Эйнштейн и Сатьендра Нат Бозе теоретизировали об этом.
«В этом состоянии атомы настолько охлаждены и замедлены, что фактически сливаются и ведут себя как единая квантовая сущность».
Подумайте об этом. Атомы обычно отскакивают друг от друга. Они различимы. Индивидуальны. В конденсате они настолько холодны, что сливаются. Они ведут себя как единая квантовая сущность. Она намного больше любого отдельного атома.
Это было не просто лабораторное трюкачество. Это доказало, что квантовая механика, обычно зарезервированная для микроскопических и быстрых объектов, может наблюдаться в медленном, холодном, почти макроскопическом состоянии. Техники, которые Филлипс и его коллеги усовершенствовали, позволили замедлить атомы до ползания.
Почему это важно сегодня? Потому что контроль температуры на атомном уровне обеспечивает невероятную точность. Это приводит к созданию лучших атомных часов. Это позволяет создавать более точные датчики. Это помогает нам понять фундаментальные строительные блоки реальности.
Путь Филлипса из небольшого городка в Пенсильвании на вершину физического мира начался с простого вопроса: насколько холодным можно сделать? И ответ, как оказалось, был холоднее, чем кто-либо мог подумать. Лазер не просто остановил атомы. Он изменил наше представление о том, что атомы способны делать.
