威廉·菲利普斯

菲利普斯投身激光冷却，起因很实际：他在美国国家标准局工作，想造更准的原子钟，而原子飞得太快，是原子钟精度的死结。二十年后回头看，他说这个领域的进步既来自这类实际需求，也来自纯粹想弄明白「冷却究竟是怎么回事」的好奇心；让他拿到诺贝尔奖的那项发现，属于后一种。

煤矿区社工家的孩子

他的母亲出生在意大利南部的小村庄，七岁随家人移民到宾夕法尼亚，因为不会说英语被同学嘲笑，于是发愤读书，高中毕业时名列前茅。父亲是木匠的儿子，祖上是参加过独立战争的威尔士人。两人都是家族里第一个上大学的，读的都是同一所小小的朱尼亚塔学院，一个是意大利天主教徒，一个是威尔士裔卫理公会信徒，经一位教授牵线认识，结婚，拿了硕士学位，在宾州的无烟煤矿区做社会工作者。

父母对科学没有特别的了解，却一直支持他。他在地下室搭了个实验室，「对石棉、电和紫外线的危险一无所知」，玩火、炸药、火箭和碳弧，常常把家里的断路器全跳闸。晚饭桌上讨论政治、历史和时事，孩子的意见会被认真听，但得抢着说。他后来说，高中的辩论赛让他会讲学术报告，写作课让他会写论文，法语课则让他日后与巴黎科恩-塔诺季组的合作顺畅得多。

克莱普纳组与一个没实现的预言

1970 年，他在几周之内毕业、和高中同学简结婚、度蜜月、搬到波士顿，进了麻省理工学院克莱普纳的组。他说选这里主要是被组里友好又活跃的气氛打动，再加上简想回新英格兰，「此后我凭心做的决定，没有一个后悔过」。

博士论文测的是水中质子的磁矩，到他写自传时仍是同类测量里最好的结果。那时可调谐染料激光器刚进实验室，他在克莱普纳鼓励下又做了一个激光激发原子碰撞的实验。1976 年的毕业派对上，克莱普纳说幸亏他做了这个激光实验，不然大概会去国家标准局——两年后他果然去了国家标准局，只不过是带着激光去的。

博士后期间，他参与了克莱普纳与格雷塔克在自旋极化氢原子里实现玻色-爱因斯坦凝聚的尝试。起初大家信心满满，他在 1997 年写道：二十二年过去了，氢的凝聚还在「近在眼前」。（第二年，那个组终于成功了。）

给原子刹车

1978 年他读到贝尔实验室阿什金的一篇论文：先用激光把钠原子束减速，再用聚焦的光把原子关起来。他在 MIT 的原子束上试了一下，把激光迎着原子束照过去，发现离炉口近的原子亮、远处的就暗了——原子吸收百来次就被光抽运到另一个能级，不再理睬激光。

到了国家标准局，他用借来的设备和主管不知从哪儿弄来的一点经费开了工，1979 年又拿到海军研究办公室的资助。石溪大学的梅特卡夫来访，看过他列的几种方案后说，每种都行，但塞曼减速器「最好玩」，就做它。事实证明他说的是对的，而且这个方案刚好顺便解决了光抽运的问题：螺线管里始终有很强的轴向磁场，量子化轴确定，选择定则把原子锁在一对能级之间循环三万次也不出错。

最早的螺线管只有几段绕组，靠电扇吹或者裹上湿毛巾降温。后来改用水冷，线圈之间抹上白色硅脂帮助导热——那硅脂的颜色和质地跟他当时给两个女儿抹的尿布疹药膏差不多，有一阵子他无论在家还是在实验室，都是两手白油。电解作用不断把线圈烧坏，常常刚拿到数据就得重绕一个。他们换过一种黑色橡胶状的封装树脂，据说防水，结果它什么都粘不住，「除了衣服和人的皮肉」。

让原子真正停下，靠的是一只精心配平、高速旋转的开孔转盘，按顺序放出几毫秒的减速光、一段暗区和几百微秒的补刀光。1985 年，原子终于停在了观测区里。

3 月 15 日，他们第一次把原子关进一对线圈做成的磁阱，信号虽然嘈杂但确凿无疑，梅特卡夫在记录纸顶上写了一个大大的「WAHOO!!」。晚上原子在阱里待不久，他们出去吃快餐，回来发现信号好多了——原来磁铁在晚饭时凉了下来，不再放气，真空变好了。数据一直采到凌晨五点。早上六点左右，准备出门上班的简发现丈夫和梅特卡夫坐在自家厨房里吃冰淇淋，梅特卡夫向她保证，他们那晚干成了一件相当重要的事。

探测光放错了地方

1987 年，他的组仔细研究朱棣文刚做出来的光学黏团，发现原子在里面停留时间随激光失谐的变化，和多普勒冷却理论对不上。论文结尾他们只能猜测，也许钠的多能级结构、多种激光频率或原子的三维运动能解释这种「令人意外的行为」——他后来说这纯属瞎猜，却猜中了一部分。

同事莱特主张重新测温度。梅特卡夫提议用飞行时间法：关掉激光，看原子多久穿过一束探测光。图方便，探测光放在了黏团上方，结果一个信号都没有。他们花了很长时间检查探测系统，故意用激光把原子「喷」上去，信号就出来了。最后把探测光挪到下面，信号立即出现：原子的温度大约是 40 微开，它们冷得连一厘米都飞不上去。

他们仍然不敢声张。多普勒极限的推导简单有力，谁都知道钠不是二能级原子，可谁都觉得这无关紧要。他们又用释放-重捕获法、「喷泉」法和「淋浴」法各测了一遍，都低于极限。1988 年早春，他把论文草稿寄给各个激光冷却小组，还亲自跑去几个实验室当面讲。许多人怀疑，而科恩-塔诺季和朱棣文那边的回答是：进实验室看看是不是真的。

几年前在芬兰的一次小会上，他常开玩笑说数据里解释不了的地方都能推给光抽运。巴黎高师的达利巴私下对他说：「比尔，在巴黎高师，光抽运可不是开玩笑的。」答案果然就在光抽运里：偏振梯度、光频移与光抽运合起来，构成了达利巴与科恩-塔诺季提出的西西弗冷却。1988 年夏天在巴黎开会时，他们推断温度对磁场的异常敏感，是因为塞曼频移与只有约一兆赫的光频移相当，由此提出一个检验：光强高时磁场的影响应该变小。他从巴黎打电话回盖瑟斯堡让同事去测，结果正如所料。

印象派时代的巴黎

1989 到 1990 年，他在巴黎高师访问了一年，与那里的同事一起把铯原子冷到 2.5 微开。博尔德的霍尔当时说，身处激光冷却领域，就像印象派时代身在巴黎。演讲里配的一张照片，是他、梅特卡夫和科恩-塔诺季站在莫奈吉维尼花园的那座桥上。

同一时期，他的组测黏团里原子发出的荧光光谱，看到一个意想不到的窄峰，一度排除了「是不是已经玻色-爱因斯坦凝聚了」这种狂想，才明白原子被光频移形成的周期势阱关在了不到一个波长的范围内——这是他们研究光晶格的开端。1998 年 2 月，他的实验室也做出了钠原子的玻色-爱因斯坦凝聚。

信仰

1979 年，他和简加入了盖瑟斯堡的费尔黑文联合卫理公会，吸引他们的是会众在族裔与种族上的多样。他在诺贝尔演讲的致谢最后写道：感谢上帝提供了一个如此奇妙、引人入胜的世界让我们探索，并允许他与这么好的朋友和同事一起去认识它。

获奖后他收到一封给女儿们的信，写信人的父亲 1950 年得过诺贝尔生理学或医学奖。她当年在外地上学，拍电报向父亲道贺，父亲回电：「我为你骄傲，胜过为任何奖。」菲利普斯把这个故事写进了自传。