阿什金

阿瑟·阿什金（英语：Arthur Ashkin，1922年9月2日－），美国物理学家，在贝尔实验室和朗讯工作，2018年诺贝尔物理学奖得主。他在1960年代后期开始研究使用激光操纵微观粒子，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阿瑟·阿什金的工作为朱棣文使用激光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。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。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。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，伊沙道十八岁时从乌克兰敖德萨移民至美国。 安娜比伊沙道小五岁，她也是来自于乌克兰。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。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。阿什金的哥哥尤利乌斯·阿什金（英语：Julius Ashkin）是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”。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，又改研究激光物理。在贝尔实验室，阿什金的研究主要是在微波领域。1960年代，随着激光的发明，学者们开始转移研究项目，阿什金也开始研究激光。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。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连续波氩激光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，激光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，使用激光束不仅可以将悬浮在水里的乳胶小圆球向激光束方向推进，还可将圆球从激光束的外缘被拉动至中心，这是因为激光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激光束中心。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激光束于小圆球，这两道激光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。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激光也可以制成光阱。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·亨施与阿瑟·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。使用激光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，进行像操纵细胞质或细胞器一类的“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。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）与查尔斯·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。2018年10月2日，由于在激光物理领域的突破性发明，阿什金、热拉尔·穆鲁和唐娜·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·穆鲁和唐娜·斯特里克兰共同分享另外一半奖金。阿什金高龄96岁，曾是获奖时年龄最高的诺贝尔得主。1901年：伦琴 / 1902年：洛伦兹、塞曼 / 1903年：贝克勒、皮埃尔·居里、玛丽·居里 / 1904年：瑞利 / 1905年：菲利普·莱纳德 / 1906年：汤姆孙 / 1907年：迈克耳孙 / 1908年：李普曼 / 1909年：马可尼、布劳恩 / 1910年：范德瓦耳斯 / 1911年：维恩 / 1912年：达伦 / 1913年：昂内斯 / 1914年：劳厄 / 1915年：劳伦斯·布拉格、亨利·布拉格 / 1917年：巴克拉 / 1918年：普朗克 / 1919年：施塔克 / 1920年：纪尧姆 / 1921年：爱因斯坦 / 1922年：玻尔 / 1923年：密立根 / 1924年：西格巴恩 / 1925年：弗兰克、赫兹1926年：让·佩兰 / 1927年：康普顿、威耳逊 / 1928年：理查森 / 1929年：德布罗意 / 1930年：拉曼 / 1932年：海森堡 / 1933年：薛定谔、狄拉克 / 1935年：查德威克 / 1936年：赫斯、安德森 / 1937年：戴维孙、汤姆孙 / 1938年：费米 / 1939年：劳伦斯 / 1943年：施特恩 / 1944年：拉比 / 1945年：泡利 / 1946年：布里奇曼 / 1947年：阿普尔顿 / 1948年：布莱克特 / 1949年：汤川秀树 / 1950年：鲍威尔1951年：考克饶夫、沃尔顿 / 1952年：布洛赫、珀塞尔 / 1953年：泽尔尼克 / 1954年：玻恩、博特 / 1955年：兰姆、库施 / 1956年：肖克利、巴丁、布拉顿 / 1957年：杨振宁、李政道 / 1958年：切连科夫、弗兰克、塔姆 / 1959年：塞格雷、张伯伦 / 1960年：格拉泽 / 1961年：霍夫施塔特、穆斯堡尔 / 1962年：朗道 / 1963年：维格纳、梅耶、延森 / 1964年：汤斯、巴索夫、普罗霍罗夫 / 1965年：朝永振一郎、施温格、费曼 / 1966年：卡斯特勒 / 1967年：贝特 / 1968年：阿尔瓦雷茨 / 1969年：盖尔-曼 / 1970年：阿耳文、奈尔 / 1971年：伽博 / 1972年：巴丁、库珀、施里弗 / 1973年：江崎玲于奈、贾埃弗、约瑟夫森 / 1974年：赖尔、休伊什 / 1975年：玻尔、莫特森、雷恩沃特1976年：里克特、丁肇中 / 1977年：安德森、莫特、范扶累克 / 1978年：卡皮察、彭齐亚斯、威尔逊 / 1979年：格拉肖、萨拉姆、温伯格 / 1980年：克罗宁、菲奇 / 1981年：布隆伯根、肖洛、西格巴恩 / 1982年：威耳孙 / 1983年：钱德拉塞卡、福勒 / 1984年：鲁比亚、范德梅尔 / 1985年：克利青 / 1986年：鲁斯卡、宾宁、罗雷尔 / 1987年：贝德诺尔茨、米勒 / 1988年：莱德曼、施瓦茨、施泰因贝格尔 / 1989年：拉姆齐、德默尔特、保罗 / 1990年：弗里德曼、肯德尔、泰勒 / 1991年：德热纳 / 1992年：夏帕克 / 1993年：赫尔斯、泰勒 / 1994年：布罗克豪斯、沙尔 / 1995年：佩尔、莱因斯 / 1996年：李、奥谢罗夫、理查森 / 1997年：朱棣文、科昂-唐努德日、菲利普斯 / 1998年：劳夫林、施特默、崔琦 / 1999年：胡夫特、韦尔特曼 / 2000年：阿尔费罗夫、克勒默、基尔比2001年：康奈尔、克特勒、威曼 / 2002年：戴维斯、小柴昌俊、贾科尼 / 2003年：阿布里科索夫、金兹堡、莱格特 / 2004年：格娄斯、波利策、韦尔切克 / 2005年：格劳伯、霍尔、亨施 / 2006年：马瑟、斯穆特 / 2007年：费尔、格林贝格 / 2008年：南部阳一郎、小林诚、益川敏英 / 2009年：史密斯、博伊尔、高锟 / 2010年：海姆、诺沃肖洛夫 / 2011年：珀尔马特、施密特、里斯 / 2012年：阿罗什、瓦恩兰 / 2013年：恩格勒、希格斯 / 2014年：赤崎勇、天野浩、中村修二 / 2015年：梶田隆章、麦克唐纳 / 2016年：索利斯、霍尔丹、科斯特利茨 / 2017年：魏斯、巴里什、索恩 / 2018年：阿什金、穆鲁、斯特里克兰 / 2019年：皮布尔斯、奎洛兹、麦耶