NOBEL VẬT LÝ 2001

Chia sẻ: Ha Quynh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

94
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giải Nobel Vật lý năm 2001 được trao cho giáo sư người Mỹ Eric A. Cornell tại Viện liên hợp vật lý thiên văn phòng thí nghiệm (JILA) và Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) ở Boulder (Colorado, Mỹ), giáo sư người Đức Wolfgang Ketterle tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) ở Cambridge (Massachusetts, Mỹ) và giáo sư người Mỹ Carl E. Wieman tại Viện liên hợp vật lý thiên văn phòng thí nghiệm (JILA) và Đại học Colorado ở Boulder (Colorado, Mỹ) "do đạt được sự ngưng tụ Bose-Einstein trong các khí loãng của các nguyên tử...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: NOBEL VẬT LÝ 2001

GIẢI NOBEL VẬT LÝ 2001 Giải Nobel Vật lý năm 2001 được trao cho giáo sư người Mỹ Eric A. Cornell tại Viện liên hợp vật lý thiên văn phòng thí nghiệm (JILA) và Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) ở Boulder (Colorado, Mỹ), giáo sư người Đức Wolfgang Ketterle tại Viện Công ngh ệ Massachusetts (MIT) ở Cambridge (Massachusetts, Mỹ)
và giáo sư người Mỹ Carl E. Wieman tại Viện liên hợp vật lý thiên văn phòng thí nghiệm (JILA) và Đại học Colorado ở Boulder (Colorado, Mỹ) "do đạt được sự ngưng tụ Bose-Einstein trong các khí loãng của các nguyên tử kiềm và do các nghiên cứu cơ bản đầu tiên về các tính chất của các chất ngưng tụ". Vật chất xung quanh chúng ta bao gồm các nguyên tử mà chúng tuân theo các định luật của cơ học lượng tử. Tại các nhiệt độ thông thường, chúng thường phù hợp với các quan niệm cổ điển và một chất khí trong các điều kiện như thế có dáng điệu khá giống với một tập hợp của các quả bóng bi a va chạm với nhau và va chạm với các thành bình chứa khí. Tuy nhiên khi hạ nhiệt độ, vận tốc của các nguyên tử suy giảm và các tính chất của chúng ngày càng bị chi phối bởi các nguyên lý của cơ học lượng tử. Các nguyên tử quay xung quanh các trục của chúng, nghĩa là chúng có spin. Chuyển động quay này được mô tả bằng số lượng tử spin. Nó là một số nguyên hoặc bán nguyên. Các hạt với spin nguyên được gọi là các boson, Còn các hạt với spin bán nguyên được gọi là các fermion. Các boson biểu thị dáng điệu "xã hội" mạnh và ở các nhiệt độ thấp chúng tập hợp lại trong cùng một trạng thái lượng tử có mức năng lượng thấp nhất. Các fermion tránh né nhau và không thể ở cùng một trạng thái lượng tử. Chúng ở các trạng thái có mức năng lượng cao hơn. Sự sắp xếp của các nguyên tố trong hệ thống tuần hoàn có thể được hiểu trên cơ sở thực tế là các electron trong các lớp vỏ của nguyên tử là các fermion. Các nguyên tố được sắp xếp trong một hệ thống tuần hoàn theo mức độ phức tạp ngày càng tăng của các lớp vỏ electron của các nguyên tử. Năm 1924 nhà vật lý người Ấn Độ S. N. Bose đã thực hiện một tính toán thống kê đối với các loại hạt mà sau đó mang tên ông là các boson. Các hạt ánh sáng sau đó mang tên là các photon. Bose giới thiệu một nguồn gốc khác đối với định luật bức xạ do Planck tìm ra trước đó. Bose gửi công trình của mình cho A. Einstein. Einstein nhận ra tầm quan trọng của công trình này. Ông đã dịch nó sang tiếng Đức và đem nó công bố. Einstein nhanh chóng mở rộng lý thuyết để bao trùm các hạt Bose và chính ông đã công bố hai bài báo về vấn đề này. Trong hai bài báo này, Einstein đã dự đoán rằng khi một số hạt đã cho tiến lại đủ gần nhau và chuyển động đủ chậm chúng sẽ đồng thời chuyển đến trạng thái năng lượng thấp nhất. Khi đó xảy ra hiện tượng mà bây giờ chúng ta gọi là sự ngưng tụ Bose-Einstein (BEC).
Mối quan hệ giữa BEC và một phần vật chất thông thường cũng giống như mối quan hệ giữa một chùm laze và ánh sáng phát ra từ một bóng đèn điện. Kể từ khi công bố công trình đầu tiên này, các nhà vật lý mong muốn đạt được trạng thái vật chất cơ bản mới này mà nó hi vọng có nhiều tính chất lý thú và hữu ích. Bảy mươi năm đã trôi qua cho đến khi Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle và Carl E. Wieman khi sử dụng các phương pháp mới cuối cùng đã làm được điều đó vào năm 1995. Trạng thái mới của vật chất đạt được trong các chất khí nguyên tử kiềm mà trong đó có thể nghiên cứu BEC theo một cách rất thuần túy. Không có một chỗ nào khác trong vũ trụ mà người ta có thể tìm thấy các điều kiện tới hạn để xảy ra BEC như trong các khí loãng. Hiện tượng BEC trước đây đã quan sát thấy trong các hệ phức tạp hơn như sự ngưng tụ của các electron ghép cặp trong các chất siêu dẫn (sự mất toàn bộ điện trở) và siêu chảy (sự mát ma sát trong của các chất lỏng). Siêu dẫn và siêu chảy cũng xảy ra ở các nhiệt độ thấp. Nghiên cứu trong các lĩnh vực này đã được ghi nhận bởi một số Giải Nobel. Trái với các hơi nguyên tử kiềm, các hệ cơ học lượng tử này không đơn giản do hiện tượng ngưng tụ chỉ liên quan đến một phần hệ và các tương tác mạnh có khuynh hướng che dấu hiện tượng BEC. Theo các định luật cơ học lượng tử mà chúng chi phối các điều kiện trong thế giới vi mô, cái mà chúng ta thường gọi là hạt đôi khi có dáng điệu như là sóng. Người ta đã biết rõ điều này và nó đã được sử dụng chẳng hạn như trong kính hiển vi điện tử. Năm 1924 L. de Broglie đã chỉ ra sự tồn tại của các sóng vật chất và biểu diễn bước sóng lcủa chúng theo xung lượng p của các hạt như sau l= h/ p, trong đó h là hằng số Planck. Hạt chuyển động càng chậm, xung lượng của nó càng nhỏ và bước sóng de Broglie càng lớn. Theo thuyết động học chất khí, các vận tốc nhỏ của hạt tương ứng với các nhiệt độ thấp. Nếu có thể tạo ra một chất khí đủ đặc của các nguyên tử lạnh, các bước sóng của các hạt sẽ có cùng bậc độ lớn như khoảng cách giữa chúng. Nói cách khác, các bước sóng nhìn chung thường cực ngắn nhưng các bước sóng ứng với các nguyên tử chuyển động chậm có thể quan sát được. Khi đó, các sóng vật chất khác nhau có thể "cảm nhận" được nhau và phối
hợp trạng thái của chúng. Đó chính là BEC. Các sóng vật chất của các nguyên tử riêng biệt hợp thành một sóng đơn và chúng như đang "hát hợp xướng (sing in unison)". Đôi khi người ta nói rằng một "siêu nguyên tử" xuất hiện vì toàn bộ phức hệ được mô tả bằng một hàm sóng đơn giản chính xác như trong một đơn nguyên tử. Hàng nghìn nguyên tử có dáng điệu giống như một siêu nguyên tử lớn. Chúng ta cũng có thể nói về vật chất kết hợp theo cùng một cách như nói về ánh sáng kết hợp trong trường hợp của laze. Chất khí khi làm lạnh nói chung ngưng tụ thành chất lỏng. Như những người đoạt Giải Nobel năm 2001 chỉ ra, điều này có thể tránh được đối với các nguyên tử kiềm. Đối với rubiđi (87Ru) và đồng vị bền của natri (23Na) mà cả hai đều có spin nguyên, các lực đẩy yếu xuất hiện giữa các nguyên tử trong từng trường hợp. BEC xảy ra nếu mật độ (số nguyên tử trong một khối lập phương có cạnh bằng l) vượt qua giá trị 2,6. Khi đó, các nguyên tử đối với các mật độ thực cần phải chuyển động rất chậm với các vận tốc khoảng một vài milimét một giây. Điều này tương ứng với các nhiệt độ khoảng 100 nK (nanokelvin), nghĩa là một phần mười triệu độ trên không độ tuyệt đối. Cornell, Ketterle và Wieman đã đạt được nhiệt độ này bằng cách sử dụng các phương pháp làm lạnh và bẫy các nguyên tử trung hòa của S. Chu, C. Cohen-Tannoudji và W. D. Phillips (Giải Nobel Vật lý năm 1997). Năm 1975 T. W. Hansch và A. L. Schawlow đề xuất phương pháp làm lạnh các nguyên tử trung hòa bằng laze. Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là tạo ra sự trao đổi xung lượng giữa các photon và nguyên tử. Sự làm lạnh có thể đạt được bằng cách cho các photon va mặt với nguyên tử trong quá trình chuyển động của chúng và chúng chỉ có thể bị hấp thụ bằng cách đó. Khi đó, có thể làm giảm vận tốc tới một giới hạn do dòng ngẫu nhiên của sự phát xạ tự phát thiết lập. Chu, Cohen-Tannoudji và Phillips đã chỉ ra rằng cái gọi là giới hạn Doppler có thể vượt qua bằng cách sử dụng các quá trình lọc sao cho có thể đạt được các nhiệt độ thấp hơn đáng kể. Tuy nhiên, đám mây của các nguyên tử làm lạnh cũng cần phải giữ nguyên vẹn và điều này có thể xảy ra trong các bẫy nguyên tử. Các bẫy này thường tạo ra bằng sự kết hợp của các chùm laze và các từ trường. Bẫy quang từ (MOT) trở nên đặc biệt quan trọng. Một số nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật này để tiếp cận các điều kiện của BEC. Tuy nhiên, một kỹ thuật làm lạnh tiếp theo gọi là sự
làm lạnh bay hơi tỏ ra là cần thiết. Nhóm của D. Kleppner và T. J. Greytak ở MIT đã sử dụng kỹ thuật này. Ở đây, môi trường được làm lạnh bằng cách bảo đảm rằng các nguyên tử nhanh nhất thoát ra khỏi cộng đồng của chúng. Khi đó có thể làm giảm nhiệt độ trung bình trong cộng đồng của các nguyên tử. Cà phê trong một cái cốc được làm lạnh theo một cách tương tự. Trong một bẫy nguyên tử, các nguyên tử được giữ đúng chỗ của chúng bởi các lực lưỡng cực từ. Lực hút có thể được chuyển thành lực đẩy nếu đảo ngược các cực từ nguyên tử. Điều này có thể đạt được nhờ một trường có tần số vô tuyến. Đây là một phương pháp có hiệu quả do D. E. Pritchard ở MIT đề xuất. Các nguy ên tử nhanh nhất chuyển lên trên cao ở bờ của giếng thế mà ở đó từ trường và do đó tần số biến đổi đối với sự đổi cực là cao. Bằng cách lúc đầu áp dụng một cao tần và sau đó làm giảm tần số một cách từ từ, có thể giải phóng các nguyên tử nóng một cách liên tục. Tháng 6 năm 1995, bằng cách đó nhóm của Cornell và Wieman ở JILA lần đầu tiên đạt được một giới hạn 87 ngưng tụ trong Ru. Khó khăn cuối cùng cần vượt qua là cần tránh sự mất mát nguyên tử tại tâm bẫy mà ở đó từ trường bằng không và có thể xảy ra sự đảo cực tự phát. Bằng cách quay một từ trường đủ nhanh ở trên mẫu có thể ngăn các nguyên tử thoát khỏi bẫy một cách có hệ thống. Khoảng năm 1990 Wieman đã xem xét khả năng tạo ra BEC trong các nguyên tử kiềm. Các khía cạnh quan trọng là làm lạnh bằng laze trong một MOT và chuyển sang một bẫy từ thuần túy mà trong đó có thể áp dụng sự làm lạnh bay hơi sau đó. Cornell đã tham gia vào nghiên cứu của Wieman lúc đầu với tư cách là thực tập sinh sau tiến sĩ và sau đó là thành viên của NIST. Trong các thực nghiệm ở JILA, kết quả thu được thực ngoạn mục. Quá trình lúc đầu ở nhiệt độ khoảng 170 nK. Bằng cách làm cho sự làm lạnh bay hơi diễn ra mạnh hơn, có thể thu được một sự ngưng tụ thuần khiết ở nhiệt độ 20 nK. Khi đó, có thể giữ khoảng 2000 nguyên tử ở trong mẫu. Các hình ảnh về sự ngưng tụ Bose-Einstein thu được bằng cách đột nhiên ngắt các lực kìm giữ trong bẫy. Từ đó, đám mây dãn nở ngày càng chậm hơn và các nguyên tử ngày càng lạnh hơn. Ảnh hình bóng (silhouette) của đám mây được tạo ra khi sử dụng ánh sáng laze cộng hưởng sau một sự làm trễ định trước và nhiệt độ tính được trên cơ sở kích thước đạt được của đám mây trong giai đoạn này.
Cornell đã thu được hình ảnh của BEC trong rubiđi, trong đó chỉ ra sự phân bố nguyên tử trong đám mây trước khi ngưng tụ, lúc bắt đầu ngưng tụ và sau khi ngưng tụ hoàn toàn. Các đỉnh trên hình ảnh về sự phân bố nguyên tử trong đám mây tương ứng với một số lớn của các nguyên tử. Các hình bóng của sự dãn nở đám mây nguyên tử có thể ghi lại được sau khi ngắt các lực hãm của bẫy nguy ên tử. Ketterle cũng nghiên cứu về BEC một cách độc lập trong nhóm Colorado khi sử dụng các nguyên tử natri mà nó hấp thụ và phát xạ ánh sáng vàng. Ông từ Đức đến thực tập sau tiến sĩ trong nhóm của D. Pritchard ở MIT năm 1990 và là người có trách nhiệm chính trong đề tài nghiên cứu BEC năm 1993. Ketterle đã giải bài toán về những mất mát nguyên tử ở tâm bẫy bằng cách tập trung ở đó một chùm laze mạnh mà nó làm cho các nguyên tử trtánh xa vùng mất mát nguyên tử. Ông đã công bố các kết quả nghiên cứu BEC của mình đối với natri chỉ bốn tháng sau khi công bố kết quả của nhóm JILA. Kết quả của Ketterle tương tự kết quả của nhóm JILA nhưng với nhiều nguyên tử hơn ở trạng thái ngưng tụ. Số nguyên tử ở trạng thái BEC của Ketterle nhiều hơn số nguyên tử ở trạng thái BEC của nhóm JILA hàng trăm lần nên có thể tiến hành nhiều phép đo nghiên cứu các tính chất của chất ngưng tụ. Chẳng hạn như Ketterle chỉ ra rằng hai chất ngưng tụ riêng rẽ khi dãn nở vào nhau tạo ra các hình ảnh giao thoa rất rõ nét. Những sự giao thoa của các sóng vật chất mang tính tuần hoàn. Điều đó chứng tỏ tính kết hợp của các sóng vật chất và tương quan phạm vi xa. Các nguyên tử của hai chất ngưng tụ được phối hợp với nhau một cách toàn diện. Hiện tượng này cũng giống như hiện tượng khi hai hòn đá được ném đồng thời lên mặt nước. Khi đó hai sóng nước gặp nhau , tăng cướng và làm yếu lẫn nhau một cách có hệ thống và tạo ra hình ảnh giao thoa sóng nước. Điều này tương phản lớn với điều xảy ra khi các chất không phối hợp chẳng hạn như hai nắm cát được ném lên mặt nước. Ketterle cũng đã chứng minh các phần của chất ngưng tụ có thể liên tiếp chuyển thành "các giọt BEC" và các giọt này rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực. Các xung của chất kết hợp rơi xuống trong trường hấp dẫn. Hiện tượng này đã được mô tả như một hiệu ứng laze nguyên tử. Ketterle rút ra một chùm chất kết hợp từ chất ngưng tụ và như vậy tạo ra laze nguyên tử đầu tiên. Một laze thông thường là một ánh sáng kết hợp, còn một laze nguyên tử là một chùm chất kết hợp. Khi một chất khí của các nguyên tử
không phối hợp chuyển vào trạng thái BEC, nó cũng giống như khi các nhạc cụ khác nhau trong một dàn nhạc với các âm thanh và âm sắc khác nhau sau khi khởi động một cách riêng biệt cùng phối hợp với nhau trong cùng một âm thanh. Tiếp theo các chứng minh rất ấn tượng về BEC trong rubiđi và natri bởi các nhóm JILA và MIT, lĩnh vực này phát triển một cách bùng nổ và hiện nay có hơn 20 nhóm trên thế giới tiến hành các thực nghiệm BEC. Đặc biệt cần đề cập đến các hoạt động trong nhóm của R. G. Hulet tại Đại học Rice. Nhóm này nghiên cứu BEC trong một đồng vị của liti là 7Li, trong đó các lực hút xuất hiện khi hai nguyên tử 87 Rb và23Na. Trong một tiến lại gần nhau và điều này trái với trường hợp đối với công bố năm 1997, nhóm của Hulet đã chỉ ra một sự ngưng tụ nhỏ khoảng 1000 nguyên tử chính xác như dự đoán của lý thuyết. Đám mây không bị phá vỡ trong sự kết tập phân tử mặc dù nó chịu tác động của các lực hút. Điều này là do các thăng giáng năng lượng của các nguyên tử ở trong bẫy. Mặc dù có rất nhiều nhóm tham gia nghiên cứu BEC, các nhóm của Cornell, Wieman và Ketterle vẫn duy trì được vị trí hàng đầu trong lĩnh vực này. Họ đã công bố nhiều kết quả lý thú mới. Chẳng hạn như nhóm JILA đã nghiên cứu kích thích tập thể và sự hình thành cuộn xoáy trong chất ngưng tụ. Nhóm của Ketterle phát triển phương pháp chụp ảnh chất ngưng tụ mà nó không bị ảnh hưởng bởi phép đo và do đó có thể tiến hành đo lại nhiều lần. Các cộng hưởng phụ thuộc vào từ trường cũng đã quan sát thấy trong các lực giữa các nguyên tử và chúng ảnh hưởng mạnh đến các tính chất của chất ngưng tụ. Hơn nữa, nhóm này còn chứng minh rằng một chùm laze nguyên tử có thể được khuếch đại tương tự như một chùm laze thông thường. Nhóm của W. D. Phillips tại NIST ở Maryland đã chứng minh được một hiện tượng mà nó tương ứng với sự trộn bốn sóng của quang học phi tuyến khi sử dụng các sóng vật chất. Việc nghiên cứu thực nghiệm BEC trong các khí loãng đã bắt đầu từ sớm nhờ sử dụng hyđrô phân cực spin trong nhóm của Kleppner và Greytak ở MIT nhưng hóa ra là rất khó đạt được các điều kiện thích hợp. Tuy nhiên, hơn ba năm sau khi công bố bài báo đầu tiên của nhóm JILA các kết quả nghiên cứu BEC đã được công bố đối với hyđrô. D. Kleppner có vai trò quan trọng như một nguồn cảm
hứng trong cuộc chạy đua nghiên cứu BEC. BEC gần đây đã được phát triển để bao trùm các loại nguyên tử khác thông qua hai nhóm ở Paris. Hai nhóm này đã thông báo sự ngưng tụ trong các nguyên tử hyđrô siêu bền. Sự ngưng tụ Bose-Einstein trong các khí loãng đã đưa ra những khả năng rất phong phú để nghiên cứu các quá trình cơ học lượng tử cơ bản. Hoạt động nghiên cứu cực kỳ toàn diện cả về thực nghiệm lẫn lý thuyết đang diễn ra trong lĩnh vực này trong đó bao gồm các nghiên cứu về các quá trình phi tuyến và điều khiển vận tốc ánh sáng lan truyền. Gần đây, nhóm JILA đã chứng minh rằng đối với 85Rb khi sử dụng các cộng hưởng đề cập trên đây có thể hoán đổi nhanh chóng giữa các lực hút và lực đẩy của nguyên tử và điều này dẫn đến sự hòa tan của chất ngưng tụ. Nó giống như sự tan biến của sao mới rực sáng (supernova)( sao mới Bose (Bose- nova)). Các nghiên cứu của D. Jin và cộng sự tại JILA về các hiện tượng liên quan đến BEC đối với các fermion ở các nhiệt độ cực thấp đưa ra các khía cạnh mới về các điều kiện thống kê trong các hệ vật lý và chỉ ra các khả năng quan sát trong tương lai về sự hình thành cặp nguyên tử và các tính chất siêu lỏng. Nhóm của R. G. Hulet đã chỉ ra rằng một áp suất hướng ra ngoài nảy sinh do bản chất đẩy của các fermion trong khí Fermi nguyên tử suy biến và có thể mô phỏng các điều kiện giống như trong các sao lùn trắng. Trong tương lai, người ta có thể khai thác hiện tượng BEC trong các chất khí để tiến hành các phép đo chính xác đối với các hiện tượng tự nhiên cơ bản mà ở đó có thể sử dụng các cộng hưởng rõ nét trong các nguyên tử không chuyển động hoặc các vân giao thoa vật chất rõ nét. Các phép đo chính xác khi sử dụng các nguyên tử chậm có thể làm cho chúng ta rất ngạc nhiên. Có lẽ cái mà bây giờ chúng ta gọi là các hằng số tự nhiên mới hoàn toàn là không đổi. Các ứng dụng mang tính cách mạng của BEC trong kỹ thuật in litô, công nghệ nanô và phép toàn ảnh đang sắp trở thành hiện thực. Eric A. Cornell sinh năm 1961 tại Palo Alto (California, Mỹ). Ông là công dân Mỹ. Cornell bảo vệ luận án thạc sĩ khoa học tại Đại học Stanford năm 1985 và luận án tiến sĩ vật lý tại MIT năm 1990. Ông trở thành nhà vật lý tại NIST ở Boulder từ
năm 1992. Cornell là phó giáo sư (professor adjoint) khoa Vật lý, Đại học Colorado ở Boulder từ năm 1995. Cha mẹ của Cornell đều tốt nghiệp Đại học Stanford. Hai năm sau khi sinh ra ông, cha mẹ ông chuyển đến Cambridge (Massachusetts). Cha ông là giáo sư kỹ thuật công chính tại MIT và mẹ ông dạy tiếng Anh ở trường trung cao. Cornell còn một em trai và một em gái. Ông đã theo cha mình đến sống ở nhiều nơi như Bekerley, California và Lisbon (Bồ Đào Nha) và ông rất yêu thích đi du lịch.Lúc nhỏ, Cornell thích chơi các đồ chơi kiểu cũ như đài vô tuyến, mô hình máy bay và tên lửa và các trò chơi hiện đại trên máy tính và video. Những năm học ở trường trung cao, ông tham gia váo các câu lạc bộ toán học và cờ vua. Ở đó, Cornell học cách lập trình trên máy tính bằng ngôn ngữ "Basic" và ông đã viết được một chương trình tạo ra các ô chữ cho một tờ báo của câu lạc bộ toán học. Sau này khi ông có cơ hội để thiết lập một phòng thí nghiệm riêng của mình, một trong các hành động đầu tiên của ông với tư cách là một nhà nghiên cứu chính trẻ tuổi là viết một chương trình để cung cấp một trình tự sắp xếp theo thời gian một cách chính xác của các xung điện tử nhằm điều khiển các laze và từ trường. Chính điều này đã dẫn đến thiết bị BEC thành công đầu tiên. Dĩ nhiên, Cornel viết chương trình này bằng ngôn ngữ "Basic". Ở trường trung cao, Cornell được học với các giáo viên rất thông minh và tâm huyết như giáo viên vật lý John Samp và giáo viên tiếng Anh JoAnn Walther. Những giáo viên này vẫn còn giảng dạy ở trường cũ của Cornell khi ông đoạt Giải Nobel. Cornell học năm cuối cùng tại trường Trung cao Lowell ở San Francisco. Sau đó, ông vào học Đại học Stanford. Ở đây, ông gặp người bạn đời của mình là Celeste Landry. Sau đó hơn mười năm, họ mới cưới nhau. Trong thời gian học ở Stanford, Cornell đến Taichung (Đài Loan) để dạy tiếng Anh nói. Công việc này dễ chịu và không khó đối với ông. Ông có nhiều thời gian để đọc sách, suy nghĩ và học tiếng Trung Quốc. Sau khi rời Đài Loan, ông đã đến Hồng Kông và Trung Quốc. Du lịch đem lại cho ông nhiều kinh kinh nghiệm bổ ích nhưng có lẽ bài học có ích nhất mà ông học được là ông thực sự không thể học được hàng nghìn ký tự của ngôn ngữ viết Trung Quốc. Cornell nói rằng nếu ông có khả năng thay thế một hệ thông tin này bằng một hệ thông tin khác, ông sẽ không gặp vấn đề gì trong việc cất giữ vào óc của mình 5 000 ký tự cần thiết cho việc đọc tiếng Trung Quốc hiện nay. Sau đó,
ông quay lại Stanford để học tiếp. Đề tài luận án tốt nghiệp của ông là về một thực nghiệm liên quan đến con quay hồi chuyển và do Francis Everett hướng dẫn. Thực nghiệm này cần dữ liệu về các tính chất hấp thụ của heli trên các vật liệu kỹ thuật khác nhau như đồng OFHC, thạch anh nấu chảy,v.v... Mùa thu năm 1985, Cornell tham gia vào thực nghiệm cộng hưởng xyclotron ion đơn của Dave Pritchard ở MIT. Nhiệm vụ đặt ra là bẫy một đơn ion trong một bẫy Penning, đo tần số xyclotron của nó với độ chính xác cao rồi trao đổi trong một loại ion khác và tiến hành một phép đo so sánh. Tỷ số của các tần số xyclotron sẽ chính là nghịch đảo tỷ số của các khối lượng. Cornell cùng với hai nghiên cứu sinh là Robert Weisskoff và Bob Flanagan và một thực tập sinh sau tiến sĩ là Greg Lafyatis tiến hành bẫy và dò các ion đơn nhưng họ không thành công cho đến ba năm sau đó. Cornell phải mất hai năm để học các phép đo chính xác trên các ion đơn. Cornell đã học được nhiều điều từ Dave Pritchard trong năm năm làm nghiên cứu sinh. Pritchard ít khi ở phòng thí nghiệm nhưng ông ấy ăn trưa với các học trò của mình một vài ngày trong một tuần và thường xuyên tổ chức các cuộc trao đổi công việc. Ông ấy thường đặt ra rất nhiều câu hỏi và các câu hỏi đó có thể gây khó chịu, bực mình hoặc thậm chí đầy vẻ hăm dọa. Cornell cuối cùng mới nhận ra đó là một cách đào tạo rất tốt. Pritchard thích chỉ ra cho học trò cách hiểu các hiệu ứng hoàn toàn khác nhau trong vật lý cổ điển và vật lý lượng tử nhờ cùng một hệ ý tưởng cơ bản như sự cộng hưởng, tính đoạn nhiệt, các điểm dừng, entropy,v.v... Cho đến bây giờ, Cornell vẫn giữ ý định thiết kế một bài giảng gọi là "Bảy ý tưởng có ích nhất trong vật lý" mà nó bằng cách nào đó cô đọng và pháp điển hóa (codify) tư tưởng sáng suốt của Pritchard. Có một số tương đối ít thực nghiệm trong vật lý nguyên tử khi đó chưa sử dụng đến laze. Một khiếm khuyết chủ yếu trong quá trình Cornell làm nghiên cứu sinh là ông không được chuẩn bị đầy đủ để nghiên cứu vật lý nguyên tử vì ông không được học bất kỳ kỹ thuật laze nào. Cornel cảm thấy rằng việc ông tham gia làm thực tập sinh sẽ khắc phục cho ông khiếm khuyết này. Để tìm kiếm công việc của thực tập sinh, Cornell đã đến Yale, Stanford, Bell Labs, Gaithersburg,v.v... Sự làm lạnh bằng laze ở vào thời kỳ vàng son của nó vào năm 1990. Cornell đi khắp nơi để tìm hiểu tất cả các chương trình nghiên cứu quan trọng. Ông hơi nản lòng bởi qui mô và tính phức tạp của các thực nghiệm. Ông cũng lo lắng rằng có thể tất
cả các thực nghiệm thực sự lý thú đã được tiến hành. Cuối cùng, Cornell đến Boulder để nói chuyện với nhóm của Dave Wineland ở các phòng thí nghiệm của NIST. Wineland đã và đang là một trong các khuôn mặt nổi tiếng về bẫy ion. Vì thế, Cornell cảm thấy không tự tin lắm nhưng vẫn dũng cảm trình bày các đóng góp khiêm tốn của mình cho nhóm này. Không có một công việc thực tập sinh nào được đề nghị đối với ông nhưng thực may mắn là trong số những người nghe ông trình bày có một thực tập sinh trước đây ở trong nhóm của Wineland là Sarah Gilbert. Gilbert gọi điện cho chồng mình là Carl Wieman và đề nghị Wieman mời Cornell đến thăm phòng thí nghiệm của JILA. Khi đó, nhóm của Wieman đang tập trung nghiên cứu các phép đo chính xác về sự vi phạm đối xứng chẵn lẻ trong xesi nhưng Cornell quan tâm ngay đến một thực nghiệm nhỏ hơn của nhóm này là thực nghiệm làm lạnh bằng laze. Trái với các thực nghiệm làm lạnh khác bằng laze mà Cornell đã nhìn thấy mà chúng choán một phần phòng rộng hơn, thực nghiệm của Wieman có thể lắp đặt trên một bàn đánh bài. Bằng cách sử dụng các laze điôt thay cho các laze màu bơm Ar+(Ar+-pumped dye laser) và sử dụng một buồng hơi nhỏ thay cho một máy chùm nguyên tử, toàn bộ thực nghiệm trông rất gọn và thậm chí đẹp mắt. Trước đó chỉ có một nghiên cứu sinh là Chris Monroe tham gia vào đề tài nghiên cứu này của Wieman. Trong thời gian thực tập hai năm ở đây, Cornell học được cách chế tạo một hệ làm lạnh bằng laze như của Wieman. Ông nghĩ ông có thể sao lại thực nghiệm của Wieman không khó khăn lắm. Trong lúc xem xét đề nghị của Wieman mời Cornell đến làm việc ở JILA, Cornell quay lại Cambridge để viết luận án và lần đầu tiên bắt đầu nghĩ đến làm thế nào để quan sát thấy BEC. BEC là một điều tự nhiên mà sinh viên vật lý nguyên tử ở MIT nhớ đến. Bên cạnh văn phòng của Dave Pritchard là văn phòng của Dan Kleppner. Kleppner và Tom Greytak đều là những người chỉ đạo của một trong các nhóm nghiên cứu chính về BEC trong hyđrô phân cực spin. Người ta đã nghĩ đến BEC trong không khí và Cornell đã tham gia một số cuộc trao đổi vè chủ đề này. Nhóm BEC ở MIT trước đó đã thành công trong việc làm lạnh bằng bay hơi ở ngoài một bẫy từ. Đó là một ý tưởng thông minh của Harold Hess. Thực nghiệm hyđrô của MIT đang đang làm nhiều người chán nản vì qui mô và tính phức tạp của nó. Cornell nghĩ rằng nếu lấy buồng hơi nhỏ tương đối dễ điều khiển - một công nghệ làm lạnh bằng laze mà
Wieman đang sử dụng làm điểm xuất phát, không mất quá nhiều công sức cải tiến nó thành một thiết bị có khả năng làm lạnh bằng bay hơi để quan sát BEC. Vì thế, Cornell quyết định chưa đến Boulder trong vòng hai năm. Sau khi chấp nhận lời đề nghị của Wieman, Cornell thực tế hoãn chuyển đến Boulder trong vòng ba tháng. Khi đó, bạn gái của ông cũng đã hoàn thành luận án tiến sĩ. Ông làm thực tập sinh trong một thời gian rất ngắn tại Viện Rowland và cùng làm việc với Joel Parks. Cornell giúp Parks thiết kế và chế tạo một bẫy Paul cho các chùm nguyên tử ion hóa. Tháng 10 năm 1990 Cornell đến làm việc ở Boulder. Cornell và Wieman rất tâm đắc với nhau. Họ chia sẻ với nhau những sở thích tương đồng. Cornell cảm thấy hạnh phúc vì đã đồng hóa một phần "túi" ý tưởng dường như vô tận của Wieman. Wieman dạy cho Cornell quyết định xem phần nào của thiết bị thực nghiệm thực sự có vấn đề để không phải mất công sức cải tiến nó. Wieman nhấn mạnh rằng người ta cần nhận ra chỗ nào "đủ tốt" phải thực sự đủ tốt và không mất thì giờ lo lắng về nó. Cornell, Wieman và một học trò của Wieman là Chris Manroe đã xác định được về cơ bản cái gì cần phải làm để quan sát thấy BEC nhờ phương pháp ghép sự làm lạnh bằng laze với bẫy từ và làm lạnh bằng bay hơi. Trong những năm đầu ở Boulder, Cornell sử dụng nhiều thời gian để cố gắng tưởng tượng xem BEC sẽ giống cái gì nếu như nhóm của ông có thể tạo ra nó. Nó có phải là siêu lỏng giống như là heli lỏng hay không? Nó có mang tính kết hợp giống như là laze hay không? "Siêu lỏng" và "kết hợp" thực sự là gì? Cornell hiểu các từ này trong bối cảnh của các thực nghiệm. Các từ này đã được phát minh ra để mô tả theo như suy nghĩ của Cornell nhưng dường như đối với ông để hiểu xem các từ này áp dụng cho một hệ vật lý khác như thế nào, người ta cần phải có một sự hiểu biết sâu sắc hơn nhiều. Siêu lỏng và laze là hai chủ đề ưa thích của Cornell trong vật lý nhưng mỗi một chủ đề được bao phủ bởi một lùm cây (thicket) khổng lồ của kho tàng tri thức. Rất khó bước xuống các con đường mòn đi qua các lùm cây này và khó có một người mới đến nào có một cái nhìn mới về các hiện tượng cơ bản. Nếu người ta có thể tạo ra một chất ngưng tụ pha khí, người ta cần có một hệ kém phức tạp hơn (less brambled) chống lại nó để kiểm tra trực giác vật lý riêng của
người đó. Các suy ngẫm đã làm cho Cornell từ một "người học đòi" nghiên cứu BEC trở thành một "tín đồ" BEC thực sự. Cornell có các lời mời làm việc từ Cao đẳng Haverford, Đại học Virginia và JILA/ NIST và ông nhận lời làm việc ở JILA/ NIST. Sự phát triển khoa học từ năm 1990 đến năm 1995 dẫn đến quan sát thấy BEC. Vào giữ những năm 1990, Cornell có một đề tài nghiên cứu thứ hai song song với đề tài nghiên cứu BEC của ông. Ông định mở rộng các kỹ thuật làm lạnh bằng laze vào các hệ chất rắn nhưng không thành công. Hóa ra một nhóm ở Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos đã làm lạnh thành công một chất rắn bằng cách sử dụng một cách tiếp cận thực nghiệm có liên quan. Cũng vào giữa những năm 1990, Cornell và Dana Anderson bắt đầu nghiên cứu các ống dẫn sóng cho các sóng vật chất. Các thành công đầu tiên của họ dựa trên cơ sở các sợi thủy tinh rỗng. Sự hợp tác tiếp tục của họ hiện nay tập trung vào các nguyên tử dẫn hướng với các từ trường từ các dây mẫu theo kiểu kỹ thuật in litô. Phần lớn cố gắng trong nhóm nghiên cứu của Cornell tập trung làm rõ các tính chất của BEC. Các nghiên cứu mới nhất của nhóm này liên quan đến các cuộn xoáy lượng tử hóa trong BEC và các sóng spin trong các nguyên tử siêu lạnh. Cornell nói rằng ông rất may mắn vì được làm việc với các nghiên cứu sinh và thực tập sinh tài năng, sáng tạo và cần mẫn. Ông cũng may mắn được sống trong một xã hội đề cao giá trị của nghiên cứu khoa học và hỗ trợ những người làm công việc này. Tháng 1 năm 1995 Cornell cưới vợ là Celeste Landry ở Stanford. Vào lúc tổ chức đám cưới của họ, Cornell chuẩn bị tham dự một hội nghị khoa học ở Capri và hội nghị này được tổ chức vào tháng 6 năm 1995. Vợ chồng ông có kế hoạch lùi tuần trăng mật của họ đến thời điểm đó. Hai tuần ngay trước lúc tổ chức hội nghị này, thực nghiệm BEC cuối cùng đã thành công. Tại Capri tươi đẹp cùng với người vợ mới cưới của mình, Cornell cảm thấy mình như đang đứng ở trên đỉnh thế giới. Vợ chống ông có hai con gái là Eliza (sinh năm 1996) và Sophia (sinh năm 1998). Gia đình ông hiện nay sống ở trung tâm Boulder. Wolfgang Ketterle sinh ngày 21 tháng 10 năm 1957 tại Heidenberg (Đức) và là con thứ hai trong một gia đình có ba con. Ông là công dân Đức. Ketterle tốt
nghiệp Đại học Kỹ thuật Munich năm 1982 và bảo vệ luận án tiến sĩ vật lý tại Đại học Ludwig-Maximillians ở Munich và Viện Quang học lượng tử Max Planck ở Garching năm 1986. Ông đến MIT năm 1990 và trở thành giáo sư từ năm 1997. Heidelberg là một thị trấn nhỏ ở Đức với một khu phố cổ quyến rũ và một nhà nhà thờ nổi tiếng. Cha mẹ ông đến Heidelberg sau chiến tranh thế giới lần thứ II khi nhiều người định cư lại trong phạm vi nước Đức nhằm tìm kiếm các cơ hội kinh tế tốt hơn. Ông bà ngoại của Ketterle là những nông dân ở Silesia mà nó bây giờ trở thành một phần lãnh thổ của Ba Lan. Cha Ketterle lớn lên ở Memmingen - một thành phố nhỏ ở phía nam của nước Đức mà ở đó ông bà nội của Ketterle có một căng tin. Ketterle có một tuổi thơ thanh bình ngược với cha mẹ ông phải chịu cảnh chiến tranh. Cha mẹ ông làm việc vất vả để chăm sóc gia đình. Cha ông lúc đầu làm việc cho một công ty phân phối than và dầu như một người học nghề và về sau làm giám đốc cho đến khi nghỉ hưu. Mẹ ông làm nội trợ và nuôi dạy con cái. Sau đó, bà quản lý một cơ sở buôn bán nhỏ phân phối các sản phẩm sơ cứu (first-aid). Cha mẹ ông hỗ trợ các anh em ông quan tâm đến âm nhạc, thể thao và khoa học. Vì họ không tự tham gia vào các hoạt động này, họ không điều khiển con cái của họ theo các hướng như thế. Họ xem xét các mối quan tâm của con cái họ và sau đó thúc đẩy và hỗ trợ các mối quan tâm đó. Đó có thể là một trong các lý do tại sao các anh em của Ketterle có thể thành công trong các lĩnh vực khác nhau là tài chính và giáo dục.