粒子操控

http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20121010/00241d8fef0e11def81206.jpg戴维·瓦恩兰http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20121010/00241d8fef0e11def8220e.jpg赛尔日·阿罗什http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20121010/011349804739421_change_hzp2a20_b.jpg 10月9日，在瑞典首都斯德哥尔摩，瑞典皇家科学院专家解读2012年诺贝尔物理学奖得主研究成果。新华社记者 刘一楠摄 中国科技网讯 据诺贝尔奖委员会官方网站报道，北京时间9日17时45分，2012年诺贝尔物理学奖在瑞典斯德哥尔摩揭晓，法国物理学家塞尔日·阿罗什和美国物理学家戴维·瓦恩兰因“提出了突破性的实验方法，使测量和操控单个量子体系成为可能”获此殊荣。 塞尔日·阿罗什和戴维·瓦恩兰各自独立发明和发展了测量及操控单个粒子的方法，并能在实验过程中保有粒子的量子力学特质，而这种方式在此之前被认为是不可企及的。两位科学家的工作领域均属于量子光学，事实上，他们所采用的方法还有很多共通之处：戴维·瓦恩兰使用光子来控制和测量被囚禁的带电离子，塞尔日·阿罗什则采用了相反的途径，他控制并测量了被囚禁的光子，具体需要原子穿越陷阱来实现。 塞尔日·阿罗什1944年9月11日出生于摩洛哥卡萨布兰卡，目前居住于巴黎。1971年在法国皮埃尔与玛丽·居里大学，即巴黎第六大学取得博士学位。现任法国巴黎高等师范学院教授和法兰西学院教授，兼任量子物理系主任。他还是法国物理学会、欧洲物理学会和美国物理学会的会员，被认为是腔量子电动力学的实验奠基者。曾获洪堡奖、阿尔伯特·迈克尔逊勋章、查尔斯·哈德·汤斯奖、法国国家科学研究中心金奖等诸多奖项。其主要研究领域为通过实验观测量子脱散（又称量子退相干），即量子系统状态间相互干涉的性质会随时间逐步丧失。脱散现象可对量子信息科学形成两方面的影响：一是涉及量子计算领域，另一方面则与量子通信相关。 戴维·瓦恩兰1944年2月24日出生于美国威斯康星州密尔沃基。1970年在美国哈佛大学取得博士学位。现任美国国家标准技术研究所研究员和组长，美国科罗拉多大学波德分校教授。他还是美国物理学会、美国光学学会会员，并于1992年入选美国国家科学院。曾获得阿瑟·肖洛奖（激光科学）、美国国家科学奖章（物理学）、赫伯特·沃尔特奖、本杰明·富兰克林奖章（物理学）等。他的主要工作包括离子阱的激光冷却，以及利用囚禁的离子进行量子计算等，因此被认为是离子阱量子计算的实验奠基者。（记者 张巍巍） 《科技日报》（2012-10-10 一版） 他们是量子物理实验派双杰 ——记2012年诺贝尔物理学奖获得者 http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20121010/00241d8fef0e11def85615.jpg 10月9日下午，2012年诺贝尔物理学奖揭晓。瑞典皇家科学院诺贝尔奖评审委员会将奖项授予给了量子光学领域的两位科学家——法国物理学家塞尔日·阿罗什与美国物理学家戴维·瓦恩兰，以奖励他们“提出了突破性的实验方法，使测量和操控单个量子系统成为可能”。 诺奖官方网站称，塞尔日·阿罗什与戴维·瓦恩兰两人分别发明并发展出的方法，让科学界得以在不影响粒子量子力学性质的情况下，对非常脆弱的单个粒子进行测量与操控。他们的方式，在此前一度被认为是不可能做到的。 而这就是诺贝尔物理学奖此次垂青于两位实验派物理学家的原因。 进入量子光学的神秘之门 本届物理奖的两位得主戴维·瓦恩兰与塞尔日·阿罗什是同年生人。 塞尔日·阿罗什，1944年出生在摩洛哥卡萨布兰卡，1971年于法国巴黎的皮埃尔与玛丽·居里大学取得博士学位，目前在法兰西学院和法国巴黎高等师范学院任教授。在拿到本届诺贝尔物理学奖前，他已被业内誉为腔量子电动力学的实验奠基人。 戴维·瓦恩兰，1944年出生于美国威斯康星州密尔沃基，1970年于哈佛大学取得博士学位，目前作为研究团队带头人和研究员，就职于美国国家标准与技术研究院（NIST）与科罗拉多大学波德分校。瓦恩兰亦一直有着“离子阱量子计算实验奠基者”的头衔。 他们两人是量子物理实验派双杰。两人研究的范畴都属于量子光学，这一领域在上世纪80年代中期以后经历了长足发展，而他们的学术生涯一直在与单光子与离子打交道，研究光与物质在最基本层面上的相互作用。 曾经很长时间以来，实验派物理学家们想在一个微观层面上研究光与物质的相互作用，这完全是难以想象的事。因为，对于光或者其他物质的单个粒子而言，经典物理学已不适用，量子力学的法则在此时取而代之。但是单个粒子却很难从周围环境中被分离出来，并且，它一旦和周遭环境发生相互作用，便会立即丧失其神秘的量子特征。 如此让人束手无措的局面，使得很多量子力学理论所预言的怪异现象无法被科学家们直接观察到。于是长期以来，研究人员只能依靠那些法则已证明可能会影响到量子奇异特性的实验来进行观察研究。而这或许让实验派物理学家们感觉一直跟在理论的后边亦步亦趋。 真正改变实验物理学的人 扭转这一窘状的正是阿罗什与瓦恩兰，他们两人带领各自的研究小组，分别发展出理想的方法，用于测量并操控非常脆弱的量子态。 具体而言，两人所采用的方法既有共通特点亦各有精妙之处：瓦恩兰捕获带电原子（离子），随后使用光（光子）对其进行操控和测量，这些离子被放置在超低温中，防止被外界“打扰”。该方法关键在于巧妙的使用激光束以及激光脉冲抑制了离子的热运动，离子因此进入特定的量子叠加态中——叠加态正是量子世界最神秘的特性——从而保持住了单个粒子的量子特征。 而阿罗什虽然同样使实验处于真空和超低温环境，却采用的是完全相反的手段：利用原子对光子进行操控和测量。他将两面特制的、反射能力极强的镜子组成空腔，捕获住光子并让其在空腔中停留0.1秒——这点儿时间已足够光子在消失前绕地球一圈——这时他再让里德伯原子（比一般原子大1000倍的巨大原子）穿过空腔，每次通过一个里德伯原子，原子离开时，会“告诉”他空腔里还有没有光子。 试着分别去操纵一个光子与离子，借以深入洞察一个微观的世界——原本仅仅是理论学派的领域，正是塞尔日·阿罗什与戴维·瓦恩兰的研究“打开了新时代量子物理学实验领域的大门”。现在，借助他们的新方式，实验物理学家们得以操控粒子或对粒子进行计数。 实验、应用、改变人们的生活 但阿罗什与瓦恩兰的成就并不止于此。 在公布本届物理奖获得者后，诺奖组委会还介绍了两人的成果在应用层面上的意义。据组委会称，阿罗什与瓦恩兰在他们的研究领域采取了突破性的方法，产生其中一个应用是将建立起一种新型的、基于量子物理学的超快计算机，这或将导致极其先进的通信和计算模式。换句话说，这是向着研制具有惊人运算速度的量子计算机迈出了第一个脚步。科学家预想，或许，就在本世纪，量子计算机会彻底改变我们每个人的日常生活——正如经典计算机在上个世纪曾彻底颠覆每个人的生活方式一样。 而阿罗什与瓦恩兰的研究产生的另一个应用是：“会带来一种非比寻常的精准时钟，并在未来成为一个新的计时标准。”这种超高精度钟表的精确度将比今天所使用的铯原子钟高出数百倍。此前，世界最精确的时钟曾经就是瓦恩兰就职的科罗拉多州国家标准与技术研究所制造的量子逻辑钟，它的误差约为每37亿年1秒。 阿罗什与瓦恩兰展示了如何在不破坏单个粒子的情况下对其进行直接观察的方法，但他们做到的却不只是在量子世界控制住粒子，其带给人们生活的改变，将远超今天目力所能够看得到的。 那么，荣摘诺奖桂冠又是否改变了科学家本人的生活呢？据英国广播公司（BBC）在线版消息称，塞尔日·阿罗什本人仅仅提前了20分钟被组委会告知自己获奖的消息。 “我很幸运，”塞尔日·阿罗什说，但他指的并不是自己得奖这回事，“（接到来电时）我正在一条街上，旁边就有个长椅，所以我第一时间就坐了下来。”他形容那一刻的心情，“当我看到是

中科院深圳先进技术研究院医工所郑海荣研究团队在微尺度声操控方面取得新的进展。5月4日，相关研究成果发表在美国物理联合会期刊Applied Physics Letters上。精确无创地操控微纳米尺度的生物粒子及药物颗粒，是物理声学的热点研究领域之一。随着超声局部给药的不断发展，利用声波精确的操控药物载体得到了广泛的关注。该研究首次利用声波实现了超声造影剂的可编程精确操控，空间分辨率可达2.2 µm。研究人员利用驻波的势阱效应，将超声造影微泡聚集并捕获在势阱的位置，使其排列成网格结构；通过调节入射声源的相对相位，改变驻波场中势阱的位置，实现超声造影微泡的连续移动，并且每次移动的距离和方向均可精确控制；利用可编程声操控，将超声造影微泡富集、移动、停驻在靶向区域，提高局部药物的浓度，实现靶向给药的目的。本工作的意义在于通过精确的操控，有助于研究细胞与超声造影微泡的相互作用，进一步理解超声给药的机理如声孔效应、空化效应等，同时也为超声给药治疗提供了一种具有重要应用价值的新方法，为发展新型超声给药治疗仪器奠定了基础。上述研究工作得到国家自然科学基金委，以及科技部973计划前期研究专项的支持。

为了提高激光尘土粒子计数器的分辨率和计数效率,对国产传感器规划进行了功能优化。以半导体激光器作为传感器光源,选用带有"清洁空气保护靴"的采样设备代替原有的采样设备,间接改进了光敏区的光强均匀度,同时对气路紊流也起到了抑制作用。散射光搜集体系为球面反射镜,其对粒子散射光的搜集角规模从30°~150°。并对该光学传感器的功能进行了丈量。结果表明:该体系除具有离散度小、分辨率高的长处外,同时还能有用的下降标定本钱和标定时刻。跟着电子、精细机械加工、军工、医疗、药品和食物出产等职业的开展，对空气中尘土粒子和细菌微粒的操控要求越来越高。激光尘土粒子计数器作为一种有用的空气洁净度监测设备，其商场需求量越来越大。因为现在这类监测设备多为国外产品，产品价格昂贵，维修困难，而国内出产厂家数量和出产能力有限，且激光尘土粒子计数器的要害零件和相关器材受外商操控。因而，进行激光尘土粒子计数器的国产化研讨和开发具有现实意义和实用价值。 在剖析国外产品的基础上，确认了仪器国产化研讨和开发的方向、重点和难点，论文首要阐述了激光尘土粒子计数器的要害部件——光学传感器的研讨和开发出产，解决了如下问题： (1)经过研讨比较剖析，确认了激光尘土粒子计数器光学传感器的结构，首要包括光源的选择、照明体系规划和散射光搜集体系规划。传感器选用半导体激光器作为光源，并选用直角方向散射光搜集方式，与洁净室的环境相适应，并且能取得较高的信噪比，计数效率更高。 (2)探索了尘土粒子计数器传感器中的首要结构件---椭球反射镜的规划和加工，在满足仪器功能的前提下，结合本地区的加工能力，经过一系列加工试验，选用Ly12制造椭球面反射镜，并将其加工分为四个阶段：精细数控车削成型、精细研磨、精细抛光和镜面镀膜，优化了加工工艺、下降了制造本钱。三通道远程遥测激光尘埃粒子计数器及远程监控系统CW-RPC300CW-RPC300远程遥测激光尘埃粒子计数器是智能多点净化检测系统的终端设备。为用户提供实时准确地远程测量所监控环境的微粒数量和净化等级。根据不同需要增加或减少控制终端，可实现7*24实时远程自动监测，通过RJ45网络接口、WiFi、485（moudbus）等，将数据送给PC终端，显示当前监测环境的洁净状况。该粒子计数器按照国际标准ISO14644-1,GMP和日本工业标准（JIS）要求标定，专业应用于电子行业、制药车间、半导体、光学或精密机械加工等洁净室环境自动监测系统。主要功能特点同时对两个通道粒径进行采样监控采样模式：累积/差分/浓度自动远程现场超限报警RJ45接口高速数据传输POE供电或6~9V直流适配器供电POE自动识别终端的合法性和安全性POE自动供电与自动断电的智能机制7/24连续远程监测