量子气体显微镜有多牛？能把原子一颗一颗数出来

做一个大胆的想象出一个情景？就是把原子看作是玻璃球的方式去计算它们的话，虽然这样的想法听上去很科幻，但是德国的物理学家伊曼努尔·布洛赫却真的做到了。

布洛赫于1972年生于德国富尔达， 现任马克斯・普朗克量子光学研究所所长，同时担任慕尼黑大学教授。

他的博士生导师特奥多尔・亨内克于 2005 年获得诺贝尔物理学奖。

同年 10 月，他与中国物理学家叶健共同获得沃尔夫物理学奖。

该奖项自创建以来到目前为止仅授予了两次给中国人，并且被称为诺奖风向标，历年获得该奖项的人当中有一半左右的人后来又获得了诺贝尔奖。

其实布洛赫的研究方法同叶军不同，叶军是以时间来测量最准确的方式进行研究的，而布洛赫则是用空间的方式来观察事物。

他所发明出来的量子气体显微镜可以一个接一个地看到晶体中各个原子的情况。

设想一下，在一张棋盘上摆放了许多颗原子之后，再像数棋盘上的棋子一样一个个地去检查它们的位置以及状态的话会是什么样子？

该技术出自何处？2002年布洛赫与其 colleagues 在《自然》杂志上发表的一篇论文中提到一个重要的实验结果：超冷原子经过超流体和莫特绝缘体之后所发生的量子相变。

什么是超流体呢？简单来说就是没有阻力可以流动的一种物质状态。

什么是莫特绝缘体呢？就是把原子固定在晶体结构当中，无法移动。

布洛赫使原子往两个方向转变，就似给量子世界加上了一个开关。

我认为量子气体显微镜最厉害的地方就是把量子模拟从理论变成了可以操作的实验。

以前研究量子多体系统的时候，物理学家只能在纸上算或者用超级计算机来模拟。

布洛赫的方法则是搭建一个真正的量子系统、用超冷原子作为演员，并且让它们按照剧本演出。

原子是怎样排布的，又是怎样相互作用的，又是如何发生的相变，在显微镜下都可以看到。

这与普通人的生活有什么关系呢？量子计算机曾经提到过布洛赫的工作就是为这条道路打下基础的一部分。

他是第一个可以在实验室中用实验的方法来研究量子系统的物理学家，并且不是仅仅凭空想象出来的。

布洛赫的导师亨斯、叶军的导师霍尔都是在同一年获得诺贝尔奖的人，而他们的学生也在同年获得了沃尔夫奖。

在物理学界，师生之间的传承关系有时也会出现这样的巧合。

二十多年前还是天方夜谈的事情，但是用布洛赫的显微镜一照，原子就跟玻璃球一样清晰了。