伊曼努尔·布洛赫(Immanuel Bloch):用光搭建晶体的人

想象一只由激光束构成的蛋托,冷却到只比绝对零度高十亿分之几度,每个凹槽里静静躺着一个原子。这只蛋托就是伊曼努尔·布洛赫(Immanuel Bloch)的实验仪器,物理学家借它一个原子一个原子地搭建出地球上任何计算机都算不出的材料模型。2026年10月1日,沃尔夫基金会宣布他为物理学奖得主,表彰他“在超冷原子系统调控方面具有广泛应用的开创性成就”,奖项与叶军(Jun Ye)共享。

德国的村庄与一箱电子元件

布洛赫1972年11月16日出生于当时西德的富尔达,在一个小村庄长大。父亲是化学家,母亲是教师。少年时,他先迷上的是计算机和电子学,而不是物理。他就读于波恩大学,1995年毕业,其间赴斯坦福做过研究访问,2000年在慕尼黑路德维希·马克西米利安大学师从特奥多尔·亨施(Theodor Hänsch)获得博士学位,后者将于2005年获得诺贝尔物理学奖。他的论文研究原子激光和玻色-爱因斯坦凝聚体的相位相干性,这种原子云冷到极致,表现得如同一列波。

从超流体到绝缘体

三十一岁时他成为美因茨大学教授,而此前他已参与了2002年在慕尼黑发表的那项改变整个领域的实验。被困在光晶格里的原子,在几乎没有相互作用时自由流动,这种状态叫超流体。把晶格加强后,原子骤然锁在原位,每个格点一个,像堵在路上的车流。这就是从超流体到莫特绝缘体的转变,用可控原子看到它,是第一次真正的量子模拟。它表明原子气体可以扮演固体中电子的角色,而调节旋钮握在实验者手中。

2008年或2009年起,他在慕尼黑附近加尔兴的马克斯·普朗克量子光学研究所领导一个部门,并在大学担任讲席教授。他带领九个研究小组,并担任慕尼黑量子科学与技术中心的发言人。

看见单个原子

后来他的团队研制出量子气体显微镜,能给晶格中的单个原子拍照,让物理学家把它们一个个挪动。借助这套设备,团队研究了多体局域化、费米子莫特绝缘体和超冷极性分子。谈到多体物理,他说它就像一支乐队,每个人演奏的音符都不一样。至于自己的动力,他的说法很朴素:想尝试前人没做过的新东西,并且正如他曾说的,追随自己的热情。

荣誉

2002年奥托·哈恩奖章、2004年莱布尼茨奖、2011年欧洲物理学会量子电子学奖、2013年科尔伯欧洲科学奖、2015年以色列理工学院哈维奖和2024年施特恩-格拉赫奖章,一路通向沃尔夫奖。奖金十万美元,2027年6月将在以色列议会(克奈塞特)举行颁奖典礼。

为什么称伊曼努尔·布洛赫为天才

布洛赫把量子理论的模糊变成了硬件。在他之前,大量相互作用粒子的物理是让经典计算机喘不过气的难题;在他之后,它成了可以在真空腔里搭建并亲眼观察的问题。量子力学的定律不是他发明的,但他搭起了让这些定律得以上演的舞台,如今整整一代物理学家都在这个舞台上学习手艺。