自由电子激光的发明明年（2016）可能获得诺贝尔奖

施郁

    这几天在讨论诺贝尔物理学奖，索性趁热打铁，再写一篇。

    明年的诺贝尔奖可能会授与原子分子光物理领域。这是一个粗略的划分，与原子物理无直接关系的光学研究或相关交叉学科也可以归在此类。毕竟，如果把庞大的物理学分为四个领域的话，还不得不粗略一点。

所以我再作一个预测：自由电子激光的研究将获得2016年的诺贝尔物理学奖。

顾名思义，自由电子激光是自由电子产生的激光。具体来说，接近光速运动的电子通过周期变化的磁场，从而在向前运动时发生横向摆动，因此发出轫致辐射。现在加一束与电子一起向前运动的某个频率的光（也可以由电子本身产生），它会激发电子发出额外的、相同频率的轫致辐射。这是一种特殊的受激辐射。大家知道，爱因斯坦提出的受激辐射正是激光的基础（可参见我前面的文章“庆祝2015国际光之年纪念早期量子论--从2014年诺贝尔物理学奖谈起”）。原子受激辐射的频率等于能级差除以普朗克常数。现在把原子换成相对论电子。但是与原子不同的是，这里的电子能级差是可以调节的，因为电子能量取决于它的动能和磁场。所以自由电子激光的频率可以在很大的范围内调节，从微波直到x射线。所以它把激光推进到极端紫外和x射线的波段。

1970年代，自由电子激光由John M. J. Madey在斯坦福大学发明。我推测他将在2016年获得诺贝尔物理学奖。

顺便提一下，杨振宁先生1980年代就强调自由电子激光的重要性。

【2016年9月补注：很遗憾，自由电子激光发明人John M. J. Madey于2016年7月5日去世了。】

相关专题：2015年诺贝尔奖
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