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嘿丝儿科技 诺奖前瞻：物理奖存在内外循环？今年谁可能获奖？( 二 )


2016年的凝聚态拓扑与早两年获奖的蓝光二极管虽然同属凝聚态物理大类 ， 但是也相距很远 ， 一个是基础理论 ， 一个是应用性工作 。 虽然2016年按照排队 ， 更可能是原分光 ， 但是因为笔者看好的两位候选人相继不幸离世 ， 当时猜了凝聚态的拓扑方向 。 对于2013年的希格斯和2017年的引力波 ， 都是提前一年就说对了 。 也曾说对了2009年原子分子和光物理 ， 2015年说天体物理 ， 具体所说的系外行星4年后得奖 。 2015年得奖的中微子振荡很大程度是太阳中微子缺失问题 ， 与天体物理密切相关 。
当然 ， 以上都是从常识出发所作的分析 ， 是在实践中自然导致的概率性结果 ， 不是法则 ， 可以违反 。 对于这些概率性“规律” ， 诺奖委员不一定意识到 ， 也不会承认 。
那么今年会花落谁家呢？粒子物理5年没得了 ， 但是粒子物理与天体物理同属物理II,还没有过相邻年得奖的先例 ， 更有甚者 ， 去年得奖的宇宙学的具体成果涉及极早期宇宙、暗物质和暗能量 ， 与粒子物理很相关 。 所以今年粒子物理得奖的可能性较小 ， 尽管如果是粒子物理 ， 则2001到2020年之间 ， 每个领域的得奖总数都是5 ， 严格相等 。
我认为今年最大可能获奖的 ， 是凝聚态物理中比较实用或技术性的项目 。 具体的一组可能获奖人是：
MaximilianHaider（奥地利人） ， HaraldRose（德国人）和KnutUrban（德国人）
获奖理由是：发明了像差校正电子显微镜 ， 使得可以以皮米的精度观察原子 ， 实现了亚埃的3维成像 。
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我们能看到宏观物体是因为可见光的波长是几千埃 ， 或者说微米量级 ， 因为1米=106微米=1010埃 。 而原子的大小是埃的量级 ， 因此用可见光是看不到的 ， 可以用电子束 。
1924年 ， 德布罗意提出电子以及其他物质粒子也是一种波 ， 后来被严格的量子力学确认 。 三年后 ， 戴维森（ClintonJosephDavisson）和汤姆逊（GeorgePagetThomson）分别观察到电子被晶体中的原子衍射的现象 。 1931年 ， ErnstRuska和MaxKnoll发明了电子显微镜（简称电镜） 。 与光学显微镜的设计类似的透射电镜叫做传统透射电镜（CTEM） 。 1937年 ， ManfredvonArdenne发明了扫描时有电子透射的扫描透射电子显微镜（STEM） 。 但是因为电镜的像差（实际成像与单透镜理论结果之间的差别）比较严重 ， 电镜的棱镜一直需要改进 。 1980年代发明的扫描隧道显微镜和原子力显微镜只能用于材料的表面 。
1990年 ， 当时在Darmstadt大学的HaraldRose ， 在电磁6极装置上设计了一个棱镜系统 ， 能够抵消像差 。 次年 ， Rose联合当时在海德堡的MaximilianHaider和在Jülich的KnutUrban在一个CTEM上实现他的设计 。 1998年,他们发表了第一个成像 。 后来这个技术也用到STEM 。
20年来 ， 像差校正的CTEM的分辨力达到0.5埃 ， 可以用来观察单个原子 。
HaraldRose的贡献主要是设计了所谓Rose校正器（Rosecorrector） ， 在透射电镜中校正像差 ， 这也可以用于扫描电镜 。
MaximilianHaider的贡献是在Rose的设计基础上 ， 实现了第一个6极校正器（sextupolecorrector） ， 并且在第一个像差校正的透射电镜中起了重要角色 。
KnutUrban的贡献是在第一个像差校正的透射电镜的制造中起了重要角色 。
HaraldRose在Darmstadt大学获得博士学位 ， 研究电子光学 ， 然后在这所大学工作 。 2009年起是Ulm大学ZEISS高级教授 。
MaximilianHaider1987年在Damstadt大学获博士学位 ， 在海德堡的欧洲分子生物实验室工作至今 。 他也是Karlsruhe工学院的名誉教授 。 还创建了CorrectedElectronOpticalSystemsGmbH公司 。
KnutUrban1972年于Stuttgart大学获博士学位 。 他现在是RWTHAachen大学的高级教授 。
他们获得过2011年沃尔夫奖和2020年科维理纳米科学奖 。 本文有一部分参考了相关信息 。


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