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美国国家标准与技术研究院(NIST)以精密测量技术5次荣获诺贝尔奖

(2011-11-24 22:19:15)
标签:

杂谈

分类: 科学技术
美国国家标准与技术研究院(NIST)是直属于美国商务部的一个副部级的联邦政府部门,原名:美国国家标准局(NBS),是美国重要的国家级研究机构之一。 NIST 成立于1901 年,主要从事物理、生物和工程方面的基础和应 用研究,以及测量技术和测试方法方面的研究,提供标准、标准参考数据及有关服务,在国际上享有很高的声誉。

NIST 目前拥有4600 位工作人员,其中科学研究和技术人员有3000 多人,包括 5 位诺贝尔奖获得者,41 位美国国家科学院和工程院院士,另外有1600余名流动研究人员。此外,NIST 在全国的附属中心还有2000 名制造业专家和工作人员。

NIST 的科学家主要从事生物技术、化学、半导体电子学、建筑技术,陶瓷学、物理学、光电子学、防火、聚合物、信息技术、制造工程和计量科学。每年的科研经费在10 亿美元左右。NIST 的机构和实验室主要分布于华盛顿周边的盖瑟斯堡(Gaithersburg)和科罗拉多州玻尔得(Boulder)。NIST 总部设在盖瑟斯堡,大约有2800 名员工,占地234 公顷;玻尔得实验室位于风景秀美的落基山脉上,占地84 公顷,并与美国家海洋大气管理局和国家电讯管理局毗邻。

NIST的Boulder实验室主要开展化学、物理、材料、工程和信息科学方面的研究工作。具体研究领域包括:电磁技术、磁技术、材料可靠性、数学和计算科学、光电子学、物理和化学性质、量子物理、放射频率技术(Radio frequency technology)、统计建模与分析、时频等。大约有1800多名科学家、工程师和技术和后勤及管理人员,每年还接受100多位访问学者。现任主任为Zelda Chapman Bailey。


 

NIST Nobel Prize winners: 

William D. Phillips, NIST physicist, was awarded the 1997 Nobel Prize in Physics for his work on the development of methods to cool and trap atoms with laser light. He shared the prize with Steven Chu of Stanford University and Claude Cohen-Tannoudji of the College de France and Ecole Normale Superieure.

Eric A. Cornell, NIST senior scientist, Carl E. Wieman of the University of Colorado and Wolfgang Ketterle of MIT shared the 2001 Nobel Prize in Physics. Cornell had observed a new state of matter called the Bose-Einstein condensate in 1995, a form predicted by Albert Einstein that occurs at just a few hundred billionths of a degree above absolute zero. 

John L. (Jan) Hall of the National Institute of Standards and Technology (NIST) and the University of Colorado at Boulder and Theodor W. Hänsch of the Max-Planck-Institute of Quantum Optics, Garching and Ludwig-Maximilians-Universität, Munich, Germany, were named winners of the 2005 Nobel Prize in Physics, sharing the honor with Roy J. Glauber of Harvard University.  Hall, 71, is a scientist emeritus in the NIST Quantum Physics Division and a fellow of JILA, a joint research institution of NIST and the University of Colorado in Boulder, Colo.  Hall shares the Nobel Prize with Hänsch "for their contributions to the development of laser-based precision spectroscopy, including the optical frequency comb technique.” 

Dan Shechtman win the 2011 Nobel Prize in Chemistry. Shechtman made his astonishing discovery of a quasicrystalan arrangement of atoms thought to be forbidden by nature—while working as a Guest Researcher at NIST (then known as the National Bureau of Standards) in 1982.

David Wineland win the 2012 Nobel prize in physics for ground-breaking experimental methods that enable measuring and manipulation of individual quantum systemsWineland’s pioneering accomplishments include:

  • The first single atom quantum logic gate (1995), demonstrating the feasibility of processing information using quantum properties of ions.
  • The first demonstration of deterministic entanglement with two ions (1998) proving that information is distributed simultaneously between the two ions, a prerequisite for quantum computation.
  • The first demonstration of entanglement of four ions (2000) proving in principle that quantum computation with ions can be scaled to the relatively large number of quantum gates needed for a practical quantum computer.
  • The first demonstration of quantum teleportation of information among massive particles (2004, simultaneously with the Innsbruck group), providing a potentially crucial method for efficient transfer of information within a large-scale quantum computer.
  • The first demonstration of a “quantum logic atomic clock” (2005). This clock is now the world’s most precise atomic clock and would neither gain nor lose one second in about 4 billion years.

 杨振宁李政道的获得诺贝尔奖的理论就是由吴健雄和NIST的科学家设计低温物理实验在NIST进行了验证,后来才获诺贝尔奖。可见精密测量的重要性!

朱棣文因为“激光致冷捕捉技术”的研究而获1997年诺贝尔奖,同时与他分享这份荣誉和奖金的还有美国标准与技术研究所的菲利普斯、法国学者科昂?塔诺季。他们利用激光达到冷却气体的效果,即用激光束(molassos) 达到万分之一绝对温度,等于非常接近绝对零度(摄氏零下273度)。原子一旦陷入这种状态下,速度将变得非常缓慢,而变得容易俘获。科学界认为,这项研究为帮助人类了解放射线与物质之间的相互作用,特别是深入理解气体在低温下的量子物理特性开辟了道路。简单地来说,朱棣文成了全世界能够“抓住”原子的人之一。朱棣文成了继杨振宁、李政道、丁肇中和李远哲之后第5 位获得诺贝尔奖的美籍华裔科学家。整个科学界承认了他的研究成果以及他的地位。

  NIST历史沿革

  NIST成立于1901年,原名美国国家标准局(NBS),1988年8月,经美国总统批准改为美国国家标准与技术研究院(NIST)。NIST下设4个研究所:国家计量研究所、国家工程研究所、材料科学和工程研究所、计算机科学技术研究所。所下设中心,中心下分组,组下设实验室。其中,计算机科学技术研究所负责发展联邦信息处理标准,参与发展商用ADP标准,开展关于自动数据处理、计算机及有关系统的研究工作。在制定联邦自动数据处理政策方面向白宫管理和预算办公室以及国会总审计局提供科学和技术咨询。在计算机科学和技术方面向政府其它机构提供咨询和技术帮助。为完成各项具体任务,保持计算机科学和技术的能力,该所设有程序科学与技术和计算机两个中心。

  1990年NIST进行重大改组,改设电子电工、制造工程、化学科学技术、物理、建筑防火、计算机与应用数学、材料科学工程、计算机系统八个研究所。在科罗拉多州有一个分部,从事电磁、时频、无线电、光纤计量和材料实验研究。

   

  NIST的使命和愿景

  NIST 的使命(mission):开发和促进(promote)计量、标准和技术,以提高生产率、提高贸易、改善生活质量。

  NIST通过4个主要合作计划来执行它的使命:

  1. NIST实验室:开展有关研究,为美国的工业界提供计量和标准,以提高国家技术基础,改进行业产品和服务。

  2. Baldrige国家质量计划(Baldrige National Quality Program):提高美国制造业、服务公司、教育机构及医疗保健服务机构的绩效,开展相应的延伸(outreach)活动,并管理一年一度的马尔科姆国家质量奖(Malcolm Baldrige National Quality Award)的评选活动。

  3. 制造业扩展伙伴计划(Manufacturing Extension Partnership):是一个将当地中心联结起来的全国性的网络,这些中心为当地的小型制造业提供技术和业务指导。

  4. 先进技术计划:通过与私营部门共同资助研发活动,加速具有国家利益的创新技术的开发。


  NIST的远景(vision)

  成为在计量和标准技术(measurement and enabling technology)方面的全球领导者,为国家创造突出价值(outstanding value)。

 

自2010年10月1日起,NIST将所属的10间实验室进行了调整,减为6间。:

工程实验室 (EL)

信息科技实验室 (ITL)

材料测量实验室 (MML)

物理测量实验室 (PML)

纳米科技中心 (CNST)

NIST中子研究中心 (NCNR)


校外研究计划包括:

Hollings 制造扩展伙伴计划(HMEP),一个用以协助中小工厂的全国性网络。

技术创新计划(TIP),为NIST及其工业合作伙伴对创新高风险技术的早期发展提供投资担保的计划。

Malcolm Baldrige 国家品质奖(Malcolm Baldrige National Quality Award)计划。


NIST的Boulder实验室以其拥有的NIST-F1原子钟而广为人知。NIST-F1是全国标准时间源,它从铯的自然共振频率来定义秒,NIST通过位于科罗拉多州柯林斯堡的WWVB长波电台和分别位于柯林斯堡、夏威夷凯卡哈的WWV、WWVH短波电台来向外提供时间信号。  

NIST同时还拥有一个中子科学研究设施:NIST中子研究中心(NCNR)。NCNR为众多科学研究者提供着研究中子散射的装置,可以用在众多其他的研究领域中(如材料科学,燃料电池,生物科技等等)。

SURF III 紫外线辐射装置(SURF III Synchrotron Ultraviolet Radiation Facility)是一个同步辐射光源,从1961年以来就一直运行着。目前仍是美国的广谱光谱测量的基础标准。自七十年代以来,所有NASA生产的极紫外观测装置都由SURF来进行校准,SURF还用于测量和规格化超紫外光刻系统。

纳米科技中心(CNST)执行的是纳米科技的研究,同时进行微观研究和用户可访问的净室纳米生产设施。“NanoFab”就是用于光刻印刷图案和影像的工具(如电子显微镜和原子力显微镜等)。 


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