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阿瑟·阿什金

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阿瑟·阿什金 物理学得主
Arthur Ashkin
出生 (1922-09-02) 1922年9月2日97岁)
 美国纽约市布鲁克林区
母校 哥伦比亚大学康奈尔大学
奖项 约瑟·凯特利奖(2003年)
哈维奖(2004年)
诺贝尔物理学奖(2018年)
科学生涯
研究领域 镭射科学
机构 贝尔实验室朗讯

阿瑟·阿什金(英语:Arthur Ashkin,1922年9月2日),美国物理学家,在贝尔实验室朗讯工作,2018年诺贝尔物理学奖得主。他在1960年代后期开始研究使用镭射操纵微观粒子,于1986年发明光镊。此外,他开创光学捕捉方法,其可以被用来操纵原子分子和生物细胞,这方法主要是利用光的辐射压来移动微观粒子,阿瑟·阿什金因此被认为是光镊之父。由于阿什金发明光镊与光镊在生物系统领域的应用,他于2018年荣获诺贝尔物理学奖[1][2][3]阿瑟·阿什金的工作为朱棣文使用镭射冷却和捕获原子的工作奠定基础,促使朱棣文获得1997年诺贝尔物理学奖[1][2]

阿什金曾是获奖时最高龄(96岁)的诺贝尔奖得主,此一纪录于翌年由约翰·B·古迪纳夫(97岁)超越。

家庭背景

阿什金于1922 年在美国纽约布鲁克林诞生,并在那里长大成年。[4]他的父母亲为伊沙道与安娜·阿什金。他有两个哥哥与一个姐姐。哥哥尤利乌斯·阿什金英语Julius Ashkin是一位著名物理学者。另外一个哥哥年纪很轻时就过世了。阿什金是犹太人,[5]伊沙道十八岁时从乌克兰敖德萨移民至美国。[6] 安娜比伊沙道小五岁,她也是来自于乌克兰。[7][8][9][10]在抵达纽约之后十年内,伊莎道成为美国公民,他在曼哈坦经营一家牙科实验室。[11]

教育

阿什金就学于哥伦比亚大学。因为品学兼优,他成为哥伦比亚大学辐射实验室英语Columbia's Radiation Lab的技师,主要工作是为美国军方制造雷达系统所需要的磁控管。那是个脑力激荡的时期,一共有三位诺贝尔得主也在同一实验室工作。在大二时,由于第二次世界大战,他必须应征入伍,然而他获得指导教授习得·弥尔曼英语Sid Millman青睐,帮他打了一个电话,他因此被改为后备军人,可以继续在实验室工作。[1][12]

阿什金的哥哥尤利乌斯·阿什金英语Julius Ashkin康乃尔大学的核子物理学者,尤利乌斯与理查·费曼汉斯·贝特很熟悉,都在曼哈顿计划工作。阿什金获得哥伦比亚大学学士学位后,尤利乌斯建议他去康乃尔大学攻读核子物理学,他因此成为康乃尔大学的研究生,专攻核子物理学。然而,阿什金最终没有进入核子物理学领域,因为他的哥哥声名远播,他不愿成为“阿什金第二”。[1][12]

阿什金得到康乃尔大学博士学位后,已转职到贝尔实验室作研究的老师弥尔曼邀请他一起共襄盛举。1952年,他应聘进入位于新泽西州穆雷山英语Murray Hill, New Jersey的贝尔实验室研究微波物理。1961年,又改研究镭射物理。[1]

职业生涯

在贝尔实验室,阿什金的研究主要是在微波领域。1960年代,随着镭射的发明,学者们开始转移研究项目,阿什金也开始研究镭射。他发布了很多关于非线性光学参数振荡器参数放大器英语parametric amplifier的论文。他是光折射效应英语photorefractive effect的发现人之一。[1][12]

阿什金于1967年搬迁到位于霍姆德尔的贝尔实验室做研究。在那里,他想到一个很有趣的问题:粒子因辐射压而产生的运动能否做实验实现。经过一番研究,他首先展示出,使用1W连续波镭射束向上照射于一个微米尺寸圆球,可以制成光学浮置英语optical levitation的现象。在这实验里,镭射束的辐射压作用于圆球所产生的力与圆球的重量相互抵销。之后,他又发现,使用镭射束不仅可以将悬浮在水里的乳胶小圆球向镭射束方向推进,还可将圆球从镭射束的外缘被拉动至中心,这是因为镭射进入和离开圆球时会发生折射,其所产生的动量差促使圆球移动至镭射束中心。这发现意味着光学陷俘的构想可行。假设从另外一边照射一道相反方向的镭射束于小圆球,这两道镭射束可将小圆球囚禁在特定的位置,这就是第一个光阱。这实验结果于1970年被发表在物理评论快报[1][13]

阿什金进一步提议,原子也可以被陷俘,只使用一道强烈聚焦的镭射也可以制成光阱。可是,由于无法足够降低温度,原子很快就会逃逸出去,阿什金无法成功完成这实验。1975年,特奥多尔·亨施阿瑟·肖洛提议,使用多普勒效应可以将原子冷却。这技术被称为光频饴英语optical molasses。约翰·霍尔的实验团队也发展出很多相关的技术。利用这些技术,阿什金、朱棣文等尝试做实验冷却与陷俘原子。他们成功地首先制成稳定的三维光学原子阱。这成果导致后来朱棣文获得了1997年诺贝尔物理学奖[1][2]

使用镭射来陷俘微粒子的技术被称为光镊。阿什金又用光镊来陷俘与研究各种生物,例如,病毒细菌红血球海藻等,并且不会对样品造成损伤。他还用光镊探查细胞内部结构,进行像操纵细胞质细胞器一类的“细胞内部手术”。阿什金发展出来的光镊技术导致生物物理学研究如雨后春笋般的涌现出来。[1]

阿什金是美国光学学会英语Optical Society of America(OSA)、美国物理学会 (APS)、电机电子工程师学会 (IEEE)与美国科学促进会(AAAS)的会员。他在贝尔实验室工作了40年,于1992年退休。他获得47 项专利,赢得很多奖章与荣誉,包括美国光学学会的艾弗斯奖章英语Ives award查尔斯·汤斯奖英语Charles Townes prize、电机电子工程师学会的量子电子奖英语Quantum Electronics award、2003年约瑟·凯特利奖英语Joseph F. Keithley Award For Advances in Measurement Science与2004年哈维奖英语Harvey Prize。1984年,他被遴选为美国国家工程院院士,1996年,又被遴选为美国国家科学院院士。2009年,他成为光学学院英语The Optical Society的荣誉会员。他现在仍旧在他的家居实验室里继续勤奋工作。[1][2][4]

2018年10月2日,由于在镭射物理领域的突破性发明,阿什金、热拉尔·穆鲁唐娜·斯特里克兰荣获诺贝尔物理奖。特别而言,由于“光镊与光镊在生物系统领域的应用”,阿什金获颁诺贝尔物理奖,并且可拿到一半奖金,由于“制成高强度的超短光学脉波的方法”,热拉尔·穆鲁唐娜·斯特里克兰共同分享另外一半奖金。[14]阿什金高龄96岁,曾是获奖时年龄最高的诺贝尔得主。[15]

参考资料

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 LaserFest. Arthur Ashkin (biography) (Web article). Co-partners: American Physical Society, Optical Society, SPIE, and the IEEE Photonics Society. [2013-08-13].  "LaserFest – the 50th anniversary of the first laser"
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 McGloin, David; Reid, J.P. Forty Years of Optical Manipulation (PDF). Optics and Photonics News. 2010, 21 (3): 20. doi:10.1364/OPN.21.3.000020. [永久失效链接]
  3. ^ Bjorkholm, John. The Man and His Science. Frontiers in Optics 2010/Laser Science XXVI. 2010. doi:10.1364/FIO.2010.STuD1. 
  4. ^ 4.0 4.1 Arthur Ashkin. The Optical Society. [2013-11-20]. 
  5. ^ 96-year-old Arthur Ashkin wins physics Nobel for laser ‘tweezers’. The Times of Israel. 2018-10-02. 
  6. ^ How the Ashkin Family Came to America (PDF). [2018-10-02]. 
  7. ^ "United States Census, 1930," index and images, FamilySearch (https://familysearch.org/pal:/MM9.1.1/X7X3-3YL : accessed December 23, 2013), Isadore Ashkin, Brooklyn (Districts 1251–1500), Kings, New York, United States; citing enumeration district (ED) 1261, sheet , family 298, NARA microfilm publication.
  8. ^ "United States World War I Draft Registration Cards, 1917–1918," index and images, FamilySearch (https://familysearch.org/pal:/MM9.1.1/KXY5-7XY : accessed December 23, 2013), Isadore Ashkin, 1917–1918; citing New York City no 86, New York, United States, NARA microfilm publication M1509, (Washington D.C.: National Archives and Records Administration, n.d); FHL microfilm 001765586.
  9. ^ "United States World War II Draft Registration Cards, 1942," index and images, FamilySearch (https://familysearch.org/pal:/MM9.1.1/F3CQ-T4W : accessed December 23, 2013), Isadore Ashkin, 1942.
  10. ^ "United States Census, 1920," index and images, FamilySearch (https://familysearch.org/pal:/MM9.1.1/MJRV-1VW : accessed December 23, 2013), Isdor Ashkin, Brooklyn Assembly District 18, Kings, New York, United States; citing sheet , family 342, NARA microfilm publication T625, FHL microfilm 1821173.
  11. ^ White-Orr's Reference Register. 1918: 139–. 
  12. ^ 12.0 12.1 12.2 Bell Labs - Murray Hill. He Wrote the Book on Atom Trapping. Lucent Technologies 2002. November 1997 [2013-08-13]. (原始内容存档于2005-04-11). Retired Bell Labs scientist Arthur Ashkin discusses his years as a physicist and how he discovered that light could trap atoms -- the discovery that led Steven Chu and two others to the Nobel Prize 
  13. ^ Berkowitz, Rachel. Father of optical trapping awarded a share of the Nobel Prize in Physics. Physics Today. 2018, 71 (12): 14–18. doi:10.1063/PT.3.4085. 
  14. ^ The Nobel Prize in Physics 2018. Nobel Foundation. [2018-10-02]. 
  15. ^ Nobel Laureates by age. NobelPrize.org. [2018-10-02]. 
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