回顧歷史：朱棣文參與研究激光冷卻和陷俘原子

　　20世紀(jì)70年代列托霍夫（V.S.Letokhov）以及其他蘇聯(lián)物理學(xué)家和美國荷爾德爾（Holmdel）貝爾實(shí)驗(yàn)室阿斯金（A.Ashkin）。小組的物理學(xué)家在理論上和實(shí)驗(yàn)上對(duì)光子與中性原子的相互作用進(jìn)行了重要的早期工作。其中有一項(xiàng)是他們建議用聚焦激光束使原子束彎折和聚焦，從而達(dá)到陷俘原子的目的。他們的工作導(dǎo)致了“光學(xué)鑷子”的發(fā)展，光學(xué)鑷子可用于操縱活細(xì)胞和其它微小物體。

　　漢胥（T.W.Hānsch）和肖洛（A.L.Schawlow）1975年首先建議用相向傳播的激光束使中性原子冷卻。與此同時(shí)，外蘭德（D.J.Wineland）和德默爾特（H.G.Dehmelt）對(duì)于離子陷阱中的離子也提出過類似的建議。漢斯和肖洛的方法是：把激光束調(diào)諧到略低于原子的諧振躍遷頻率，利用多普勒原理就可使中性原子冷卻。

　　2.激光為什么能使原子減速？

　　光可以看成是一束粒子流，這種粒子就叫光子。光子一般來說是沒有質(zhì)量的。但是具有一定的動(dòng)量。光子撞到原子上可以把它的動(dòng)量轉(zhuǎn)移給那個(gè)原子。這種情況要發(fā)生，必須是光子有恰好的能量，或者可以這樣說，光必須有恰好的頻率或顏色。這是因?yàn)楣庾拥哪芰空�比于光的頻率，而光的頻率又決定光的顏色。因此組成紅光的光子比起組成藍(lán)光的光子能量要低些。是什么決定光子應(yīng)有多大能量才能對(duì)原子起作用呢？是原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（能級(jí)）。原子處于一定的能級(jí)狀態(tài)，能級(jí)的躍遷就是原子吸收和發(fā)射光子的過程。原子的能級(jí)是一定的，它吸收和發(fā)射光子的頻率也是一定的。如果正在行進(jìn)中的原子被迎面而來的激光照射，只要激光的頻率和原子的固有頻率一致，就會(huì)引起原子的躍遷，原子會(huì)吸收迎面而來的光子而減小動(dòng)量。與此同時(shí)，原子又會(huì)因躍遷而發(fā)射同樣的光子，不過它發(fā)射的光子是朝著四面八方的，因此，實(shí)際效果是原子的動(dòng)量每碰撞一次就減小一點(diǎn)，直至最低值。動(dòng)量和速度成正比，動(dòng)量越小，速度也越小。因此所謂激光冷卻，實(shí)際上就是在激光的作用下使原子減速。