新片上線

2016年9月，一臺(tái)冷原子鐘隨著天宮二號(hào)被發(fā)射到太空。

這是世界上第一臺(tái)在軌進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的空間冷原子鐘?？雌饋?lái)，它只是一臺(tái)沒(méi)有秒針、分針、時(shí)針且其貌不揚(yáng)的黑色圓柱體。但有了它，太空就有了更高精度的時(shí)間基準(zhǔn)。

冷原子鐘照片（新華社發(fā)）

為什么科學(xué)家們執(zhí)著于時(shí)間精度？曾有學(xué)者舉過(guò)這樣的例子：當(dāng)計(jì)時(shí)誤差在100納秒量級(jí)時(shí)（一天的計(jì)時(shí)誤差超過(guò)千分之一秒），通信網(wǎng)絡(luò)、交通、金融系統(tǒng)、安全、電網(wǎng)發(fā)電等，就會(huì)陷入混亂；而導(dǎo)航衛(wèi)星等對(duì)計(jì)時(shí)精度有更高的要求，如果誤差超過(guò)10^-14（一天的計(jì)時(shí)誤差超過(guò)十億分之一秒），將會(huì)對(duì)導(dǎo)彈精密打擊等高精準(zhǔn)度導(dǎo)航定位將產(chǎn)生不可接受的偏離。

這是中國(guó)科學(xué)院院士王育竹團(tuán)隊(duì)探索高精度空間原子鐘的重要原因。天宮二號(hào)升空之前，他們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)3000萬(wàn)年誤差1秒。但當(dāng)這臺(tái)冷原子鐘在天上運(yùn)行了34個(gè)月之后，最終做到了4200萬(wàn)年誤差1秒。

王育竹院士在實(shí)驗(yàn)室

“我的責(zé)任就是做原子鐘”

1955年在清華大學(xué)無(wú)線電系畢業(yè)后，王育竹受國(guó)家委派赴蘇聯(lián)科學(xué)院電子學(xué)與無(wú)線電技術(shù)研究所學(xué)習(xí)原子頻率標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)。在那里，按照蘇聯(lián)導(dǎo)師的決定，他開(kāi)始一個(gè)人運(yùn)用當(dāng)時(shí)全新的光抽運(yùn)技術(shù)研發(fā)原子鐘的工作。

在僅有原理而沒(méi)有任何資料的條件下，王育竹要獨(dú)立面對(duì)研究過(guò)程中的重重困難，還曾經(jīng)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)裝置爆炸而受傷，但都沒(méi)有令他產(chǎn)生過(guò)動(dòng)搖。相反，那段經(jīng)歷成為他后來(lái)研發(fā)原子鐘的寶貴財(cái)富。

1964年，他成功研制了鈉原子鐘實(shí)驗(yàn)室裝置，并很快應(yīng)用到天文觀測(cè)事業(yè)。這時(shí)，我國(guó)“兩彈一星”工程中導(dǎo)彈的研制與實(shí)驗(yàn)工作急需高性能原子鐘為導(dǎo)航、定位等技術(shù)提供支持，王育竹欣然領(lǐng)命。

“國(guó)家需要原子鐘，那么我的責(zé)任就是做原子鐘?！彼f(shuō)。一心想要科研報(bào)國(guó)，王育竹覺(jué)得再大的困難都能克服。不論是一系列關(guān)鍵技術(shù)的誕生，還是原子鐘從實(shí)驗(yàn)裝置到工程化，他和同事們都是在一家條件環(huán)境極為有限的街道小廠中完成的。即便如此，20世紀(jì)70年代，他們研制出的我國(guó)第一臺(tái)銣原子鐘，還是在對(duì)比測(cè)試中表現(xiàn)出了不遜于德國(guó)銣原子鐘的水平。

此后不久，當(dāng)自己團(tuán)隊(duì)研制的銣原子鐘首次隨“遠(yuǎn)望一號(hào)”和“遠(yuǎn)望二號(hào)”測(cè)量船遠(yuǎn)航，執(zhí)行導(dǎo)彈、火箭發(fā)射等飛行試驗(yàn)的測(cè)量和控制任務(wù)時(shí)，王育竹充滿期待又有些擔(dān)心。直到看到《人民日?qǐng)?bào)》發(fā)布任務(wù)成功的消息，他才松了一口氣——他們的成果沒(méi)有“掉鏈子”，這讓他倍感欣慰和自豪。而后他的團(tuán)隊(duì)在應(yīng)用做出了更多探索，開(kāi)展了我國(guó)沿海電離層變化規(guī)律的測(cè)量，超長(zhǎng)波電臺(tái)的建立和潛艇原子鐘研制及原子時(shí)建立等。

王育竹在莫斯科研究生公寓

距諾獎(jiǎng)一步之遙

1978年，王育竹注意到國(guó)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表了一篇關(guān)于“激光冷卻氣體原子”的論文。他敏感地發(fā)現(xiàn)了一個(gè)兼具理論意義和實(shí)用價(jià)值的研究領(lǐng)域：原子鐘的精確度受限于原子的熱運(yùn)動(dòng)速度，如果能降低原子的溫度，即減低原子的熱運(yùn)動(dòng)速度，那么原子鐘的精確度就會(huì)大大提高。

他認(rèn)為，如果能在這一方向上有所突破，對(duì)原子鐘的研發(fā)，甚至原子物理以及基本定理的驗(yàn)證研究都有重大意義。當(dāng)時(shí)，國(guó)際主流一般采用多普勒冷卻機(jī)制的路徑，但王育竹卻創(chuàng)造性地提出了將光頻移效應(yīng)應(yīng)用于激光冷卻氣體原子的物理機(jī)制和積分球漫反射激光冷卻氣體原子物理機(jī)制。

作為率先開(kāi)展激光冷卻原子研究的學(xué)者，他先后發(fā)布了“積分球紅移漫反射激光冷卻氣體原子”、“序列脈沖激光冷卻氣體原子”和“利用交流施達(dá)克效應(yīng)激光冷卻氣體原子”等論文報(bào)告。

積分球冷卻手稿

這些報(bào)告在當(dāng)時(shí)的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上遭受了很多質(zhì)疑和否定。直到多年后，人們才發(fā)現(xiàn)，王育竹的這些報(bào)告中的思想理念，前兩項(xiàng)與諾貝爾獎(jiǎng)獲得者菲利普斯1983年的工作相似；后一項(xiàng)與諾貝爾獎(jiǎng)獲得者朱棣文和科昂-塔洛德基在1989年提出的低于多普勒冷卻極限的冷卻機(jī)制相一致。

王育竹因此被稱為距諾獎(jiǎng)只有一步之遙的人。他本人卻對(duì)身邊的“遺憾”之聲很是冷靜?！爸Z貝爾獎(jiǎng)的成就需要很多條件才能產(chǎn)生，缺一不可，不具備這種條件，就談不上諾貝爾獎(jiǎng)的問(wèn)題?，F(xiàn)在有無(wú)諾貝爾獎(jiǎng)不重要，重要的是我們需要進(jìn)行系統(tǒng)的、基礎(chǔ)的和扎扎實(shí)實(shí)的科學(xué)研究工作?！彼f(shuō)。

王育竹和三臺(tái)原子鐘

托起“八九點(diǎn)鐘的太陽(yáng)”

2016年，天宮二號(hào)升空后，美國(guó)《科學(xué)》雜志封面上出現(xiàn)了一句話：中國(guó)的空間冷原子鐘開(kāi)始滴答作響，人類地球的計(jì)時(shí)精度將會(huì)變得更加精確。

對(duì)王育竹來(lái)說(shuō)，這意味著他幾十年來(lái)在“激光冷卻氣體原子”領(lǐng)域的堅(jiān)持和付出都有了最好的回報(bào)。

直到現(xiàn)在，王育竹都無(wú)法忘記1957年11月17日。那一天，毛主席訪問(wèn)蘇聯(lián)，對(duì)留蘇學(xué)生們說(shuō)：“世界是你們的，也是我們的，但是歸根結(jié)底是你們的。你們青年人朝氣蓬勃，正在興旺時(shí)期，好像早晨八、九點(diǎn)鐘的太陽(yáng)。希望寄托在你們身上……”

這句話，在王育竹心中滌蕩半生。他曾經(jīng)以此為動(dòng)力，全力投入到原子鐘研究中。作為我國(guó)原子鐘事業(yè)的開(kāi)拓者之一，他在國(guó)內(nèi)建立了第一個(gè)量子光學(xué)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室。

在一次演講報(bào)告中，王育竹提到，他“深感未能為國(guó)家做出重要的科技貢獻(xiàn)而惋惜和無(wú)奈”，唯一欣慰的是，從這個(gè)實(shí)驗(yàn)室走出了一批優(yōu)秀的青年科學(xué)家，“他們成長(zhǎng)為我國(guó)冷原子物理和原子鐘研究的骨干力量”。

如今，89歲高齡的王育竹仍然密切關(guān)注著青年學(xué)者們的研究進(jìn)展，樂(lè)于與他們交流、分享新的觀點(diǎn)和學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)，他要盡自己的力量，為中國(guó)的科技事業(yè)托起“八九點(diǎn)鐘的太陽(yáng)”。

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