据法国卡斯特勒—布罗塞尔实验室（Laboratoire Kastler Brossel）2026年10月23日发布的消息，法国著名物理学家、1997年诺贝尔物理学奖得主克劳德·科昂-塔努吉（Claude Cohen-Tannoudji）于10月22日去世，享年93岁。

▲克劳德·科昂-塔努吉。图片来源：Nobel Prize Foundation archive /

科昂-塔努吉是现代量子光学和冷原子物理学的奠基者之一。他以极其精确的理论分析和富有创造力的实验研究，揭示了光与原子相互作用的诸多细节，并发展出利用激光冷却、俘获原子的方法。今天，原子钟、量子传感、原子干涉仪以及许多量子技术的发展，都可以追溯到他和同代科学家所开辟的道路。

他的离去，不仅是法国科学界的损失，也是整个现代物理学界失去了一位重要的见证者和建设者。

科昂-塔努吉1933年出生于阿尔及利亚君士坦丁（今康斯坦丁）。1953年，他进入巴黎高等师范学校。最初，他对数学更感兴趣，但在听到著名物理学家阿尔弗雷德·卡斯特勒的课程后，转而投身物理学。

1955年，他加入卡斯特勒和让·布罗塞在高等师范学校创建的赫兹光谱实验室，开始研究原子光谱以及光与物质的相互作用。这个实验室后来发展为卡斯特勒—布罗塞尔实验室，科昂-塔努吉此后也一直与这里保持着密切联系。

▲克劳德·科昂-塔努吉。图片来源：https://www.lkb.fr/en/death-of-claude-cohen-tannoudji/

1962年，他完成博士论文，题为《光抽运循环的量子理论：新预言效应的实验验证》。这项早期研究已经体现出他一生科学工作的基本特点：理论与实验并重，并且始终关注那些能够被实验检验的微妙量子效应。

他的研究表明，光不仅能够被原子吸收和发射，也能够改变原子的能级结构。换言之，光场会“推移”原子能级。这一效应后来成为激光冷却和原子俘获技术的重要理论基础。

在与学生，尤其是谢尔盖·哈罗切（Serge Haroche）的合作中，科昂-塔努吉还发展了“缀饰原子”（dressed atom）的思想：原子与其周围的光子场并不是彼此独立的两个对象，而是构成一个不可分割的整体。通过研究这个整体的能级结构，可以更深入地理解光与物质之间的量子相互作用。

在通常温度下，气体中的原子运动速度极快。即使温度已经接近绝对零度，原子仍然具有相当的运动速度。原子运动太快，就很难对单个原子进行长时间、精确的观察和操控。

科昂-塔努吉、美国物理学家朱棣文（Steven Chu）和威廉·菲利普斯（William D. Phillips）所发展的激光冷却技术，改变了这一局面。

光可以看作由大量光子组成的粒子流。光子虽然没有静止质量，却具有动量。当一个原子迎面撞上合适频率的光子时，就会吸收光子的动量，使自身运动速度略微降低。随后，原子会重新发射光子。由于发射方向是随机的，经过大量反复的吸收与发射，原子在某一方向上受到的减速作用就会逐渐累积，最终被“冷却”下来。

1985年前后，朱棣文等人用六束相向传播的激光，从三个相互垂直的方向照射原子，使原子被限制在光束交汇区域。原子仿佛在一种看不见的黏稠液体中运动，这种状态后来被称为“光学黏胶”（optical molasses）。通过这种方法，原子气体可以被冷却到微开尔文量级。

但冷却并不等于俘获。若没有额外的约束，原子最终仍会因重力等因素离开实验区域。随后发展起来的磁光阱，则通过激光和非均匀磁场共同作用，把原子真正困在一个有限空间内，使科学家能够长时间研究它们。

▲1997年诺贝尔物理学奖三位得主：朱棣文、克劳德·科昂-塔努吉与威廉·菲利普斯。图片：NobelPrize.org。

1997年，科昂-塔努吉、朱棣文和菲利普斯共同获得诺贝尔物理学奖，获奖理由是“发展了用激光冷却和俘获原子的方法”。

科昂-塔努吉的关键贡献，尤其体现在对激光冷却机制的理论解释以及对更低温度极限的突破上。

最初，人们认为多普勒冷却存在一个由原子运动和光频率决定的最低温度，即所谓“多普勒极限”。然而，实验发现，原子可以被冷却到远低于这一理论极限的温度。菲利普斯的实验结果表明，钠原子可以被冷却到约40微开尔文，远低于当时预期的240微开尔文。

科昂-塔努吉及其合作者解释了这一现象。他们指出，真实原子的能级结构远比简单模型复杂。激光场会导致原子能级发生空间周期性的移动，原子在不同位置之间运动时，会经历一系列类似“上坡”的过程。原子不断损失动能，仿佛希腊神话中的西西弗斯反复把巨石推上山坡，因此这种机制被称为“西西弗斯冷却”。

这一理论不仅解释了实验结果，还指出了如何通过调整激光的偏振、频率和强度，使原子进入几乎不吸收光子的“暗态”。一旦原子进入暗态，持续吸收和发射光子所带来的反冲就会显著减少，温度便可以进一步降到单光子反冲极限以下。

▲“西西弗斯冷却”示意图：原子在光场形成的有效势能中不断损失动能。图片：NobelPrize.org。

1988年至1995年间，科昂-塔努吉团队在一维、二维和三维实验中逐步实现了这一目标。以氦原子为例，他们最终获得了低至约0.18微开尔文的速度分布，低于单光子反冲极限。在这样的状态下，原子的运动速度只有每秒几厘米。

此外，科昂-塔努吉及其合作者还研究了由驻波激光形成的光学晶格。在光学晶格中，原子可以按照接近光波长的周期性间距排列。这为研究受控量子系统、原子干涉和量子模拟提供了重要工具。

▲激光冷却与原子俘获的示意图。图片：NobelPrize.org。

激光冷却和原子俘获技术的意义，远不止于制造“更冷的原子”。当原子的运动被显著减慢，科学家就能更加精确地测量它们的内部结构和量子态。

这项技术推动了更高精度原子钟的发展。原子钟是卫星导航、通信、地球测量和基础物理实验的关键设备。冷原子还可以用于构造原子干涉仪，以极高精度测量重力、加速度和旋转。后来出现的玻色—爱因斯坦凝聚、冷原子量子模拟以及一系列量子传感器，也都建立在激光冷却和原子俘获的技术基础之上。

科昂-塔努吉的研究因此连接了基础科学与量子技术：它一方面帮助人们更深入地理解光与物质的量子规律，另一方面也为今天正在发展的精密测量和量子信息技术提供了实验平台。