“活捉”基本粒子

2012年10月9日，法國物理學家塞爾日·阿羅什和美國物理學家大衛·維因蘭德，因為各自發明并優化了測量與操控單個粒子的實驗方法，并在實驗中保持了單個粒子的量子特性而榮獲2012年諾貝爾物理學獎。

為什么塞爾日·阿羅什和大衛·維因蘭德的研究成果能得到諾貝爾獎組委會的青睞？讓我們接著往下看。

20世紀初，隨著量子理論的出現，物理學家們的研究對象從宏觀物體拓展到了微觀粒子。但是如何研究單個粒子的狀態卻是一個大難題。因為單個粒子很難從周圍的環境中分離出來，而且，一旦它與周圍的環境發生相互作用，就會立即喪失原本具有的特性。

為了說明這個問題，我們可以打個比方。如果某個物體能被肉眼看見，那么它要么得像太陽、電燈一樣自己會持續發光，要么就必須能反射光，而且得有光持續照射到它的表面上。光線進入我們的眼睛成像，我們就看到了物體。但是如果照射在物體上的光一閃而過，你就沒法分辨這個物體究竟是什么了。如果臺燈持續發光，我們就能看到光線；如果臺燈閃了一下就熄滅了，那我們只能感到光線一閃而過，卻不能觀察它的亮度、照射范圍等。而單個光子包含的能量極其微小，存在時間極其短暫，所以就更難被觀察了。

正因為如此，在相當長的一段時期內，物理學家們面對的最大難題，就是如何才能在不破壞粒子的量子特性的同時，將單個粒子孤立起來進行測量和操控。由于這個難題一直沒能解決，量子物理學理論所預言的諸多神奇現象難以通過實驗來觀測和驗證，只能存在于科學家們的 “思維實驗”中。……