技术:华人物理学家叶军：做出世界上最准的钟

本篇文章3812字，读完约10分钟

作者:王丹红

叶军是美国科罗拉多大学物理学教授、美国国家标准技术局( nist )和科罗拉多大学共同设立的实验天体物理实验室( jila )的研究员。 2006~2007年，他的研究小组制作了世界上最准确的每7000万年误差1秒―的锶原子钟( optical atomic clock )，精度超过了现在保存在美国国家标准和技术局的铯原子钟，塞西

6月21日，在德国慕尼黑举行的2007年度国际应用激光光电技术贸易博览会上，叶军从德国科学推动者协会的ernst abbe基金颁发了2007年度卡尔蔡斯( carl zeiss )研究奖和2.5万欧元奖金 卡尔蔡斯研究奖的信息公告写道:“叶军今年40岁，作为光学行业的伟大人物之一被国际同行公认。”

卡尔蔡斯研究奖是世界光学行业最有名的奖项之一，迄今为止“在光频率的稳定和测量、飞秒激光脉冲和测量分子的过渡性控制等领域，为精密测量的提高做出了贡献”，因此叶军是美国物理学会发行的2007年度拉 该奖以1944年诺贝尔物理学奖获得者伊希德·艾萨克·拉比的名字命名，拉比家于1989年设立，每两年授予一人，博士学位后10年左右承认并鼓励在原子、分子、光学物理行业取得优异成果的研究者。 2001年诺奖获得者埃里克·康奈尔和沃尔夫冈陨石坑以前是拉比奖获得者。

“2005年，叶军博士生导师约翰·霍尔和德国马普托学会量子光学研究所所长特奥多尔·汉什获得诺贝尔物理学奖，瑞典皇家科学会为基于激光的精确光谱学测量方法的发明授予了最高贵的科学桂冠”卡尔·蔡斯的 在诺奖获得者的工作基础上，叶军迅速发展了频率更稳定的激光和基于此的测量方法，一跃登上了世界物理学的顶峰”。

站在巨人的肩膀上

叶军1967年11月出生于中国上海，1989年获得上海交通大学应用物理学学士学位，1991年获得美国新墨西哥大学物理学硕士学位，1997年获得美国科罗拉多大学物理学博士学位，博士导师是约翰·霍尔。 从1997年到1999年，我在加利福尼亚理工大学做博士后研究。

做博士是叶军科学生命中重要的一步。 “回顾一下，比较清晰的物理思想是在博士阶段形成的”叶军在接受科学时报的采访时说，博士阶段最大的成果是“做事实”。

叶军说，大厅是一个非常优秀的实验物理学家，他的伟大之处是让你相信你可以亲手做得比别人好。 他经常说“他们会，但我会做得更好”。

“我在他手下学到的最好的人品是工作，凡事都要考虑人为什么这么做，我们能找到更好的新做法吗？ ”叶军说。

叶军于1999年8月回到jila，设立了自己的实验室，是独立研究，但与约翰·霍尔博士密切合作。 几年前，大厅退休时，叶军接管了他的实验室。 他在处理大厅诺奖成果光学梳子技术的最重要实验中发挥了极其重要的作用。

所谓“光梳”，是像梳子齿和尺子的刻度那样的一系列频率均匀分布的光谱，为了测量未知光谱的具体频率，可以使用光梳。 1978年，汉斯首次提出了光梳的概念。 20世纪末，汉斯、霍尔、叶军及其他研究者比较有效地改善了光梳技术，测量精度达到小数点后15位。

叶军必须更上一层楼，他和博士后学生、博士后有共同的目标:制造世界上最好的原子钟。 2006年12月1日出版的科学杂志发表了他研究小组的最新突破成果。 “1秒内光原子的共振”( opticalatomiccoherenceatthe1- second time scale )。 美国《新科学家》杂志预言，(叶军的)这种锶原子钟将取代nist现存的铯原子钟，成为世界新的黄金钟表标准。

卡尔蔡斯研究奖的网站这样评价叶军的锶原子钟。 “从精度和稳定性来看，他的测量装置是当今世界上测量光跃迁的锶原子钟中最领先的装置之一。 专家们预测这块表的测量时间精度比现在美国国家标准技术局剩下的铯原子钟更准确……其准确率相当于7000万年之差1秒。 ”。

站在巨人的肩膀上，叶军有更大的梦想。 “在加利福尼亚理工大学博士后，受到不同风格的影响，受益匪浅。 我博士后的导师吉夫·金博教授强调了新的思想和创造性的思考。 大厅是很棒的实验家，金博是伟大的思想家，我希望学习这两位领导人最优秀的质量。 这是每个人都可以拥有的梦想！ ”。

光阴的故事

“我现在这一部分经过过去无数亿分钟出现了。 世界上没有比这份和现在更好的了”

如果把诗中的“这一分钟”换成“这一秒”，诗人惠特曼的这首诗似乎可以表达叶军今天的心情。 因为他制造了至今为止世界上最好的表。

在时间长的河里，1秒只不过是表中简单的“滴答”。 但是，对物理学家来说，这个“咔嗒”声的定义和测量走了很长的路:直到1960年，世界度量衡标准会议根据地球的自转，将平均太阳日的1/86400定义为秒。 也就是说，1秒是1/60分钟，1分钟是1/60小时，1小时是1/24天。 因此。 但是，因为地球的旋转速度和与太阳的距离在变化，所以从中午到第二天中午的时间并不都是一样的长度。

从1960年到1967年，世界度量衡标准会议以地球公转为基础，将1900年定义为平均太阳年，将秒的定义变更为“太阳年的31556925.9747分之一”。

在1967年召开的第13届国际计量学大会上，秒的定义进入了原子时代: 1秒钟被定义为铯原子电子9192631770次的固有微小振动频率，该标准至今。 根据量子原理，同一原子的电子在不同能量状态之间迁移时发射的电磁波是恒定的，因此可以将该频率作为时间间隔的正确依据。

时间测量的精度也提高了。 1350年，第一个机器闹钟出现在德国。 1583年，伽利略发现单摆的摆动周期与振幅无关，是钟表历史上的一大进步。 1656年，荷兰天文学家、数学家惠更斯提出了单摆原理，制作了第一个自转钟，钟的误差可以在秒内计算出来。 到1762年，最高的机械表3天可以达到1秒的精度，但是在航空、航海、物理学的研究行业，需要更正确的定时。

1945年，美国纽约哥伦比亚大学的物理学家拉比提出了使用原子束磁共振技术制作原子钟的概念。 1948年，nist以氨分子为磁振动源，制造了世界上第一个原子钟。 11

所有的

已经"

的卡尔，卡尔，卷曲，卷曲，卷曲，卷曲，卷曲，卷曲，卷曲，卷曲，卷曲。

桃子

不是，例如，例如，例如，例如，例如，例如，例如，例如，例如，例如， 例如，例如，比如，例如，例如，例如，例如，例如，例如，例如，比如，例如，比如，例如，比如

手...2.好

叶军说:“我相信美国物理学界广泛流传的话。 我想把小数点下降一位，就会找到新的真理。 小数点下降了一位，表示物理实验的精度增加了十倍。 这时，我们很清楚微观世界的现象不是以前的定理说明的，需要修正。 这鼓励科学家考虑新的物理方法、新的实验方法，把小数点降低一位。 ”。

基本的物理常数真的变了吗？

叶军说:“在宇宙大爆炸理论中，宇宙以无限小的奇点开始，突然爆发产生了今天的世界，变化那么大，当时的常数有可能与现在的常数不同。 但是高能物理想把爱因斯坦的相对论引力场和量子力学结合起来建立标准模型。 大家进行不同的修正，修正过程中使用不同的理论和常数，如何验证理论是否正确？ 一个是用基本常数测定，如果真的测定这些微小变化的量，就会影响我们对整个宇宙的理论。 这是基本的吧！ ”。

时间测量的精度还能错开几位数？ 叶军相信他们的实验室会进一步提高光栅陷阱的稳定性。 他希望自己做的表的精度比nist今天的铯原子钟好一百倍。

“我想做自然人类能做的最正确的测量。 我想探索受海森堡无法测量的原理限制的东西，而不是人为的。 我希望我们做的各项实验能达到自然最基本的极限。 我们现在还没有做这个。 还有很多路要走。 但这是个好案子。 ”叶军说。

叶军资料:

学历:

1989年获得上海交通大学应用物理学学士学位

1991年获得美国新墨西哥大学物理学硕士学位

1997年获得美国科罗拉多大学物理学博士学位。

资历:

我在1997年到1999年的加利福尼亚理工大学做博士后的研究

1999-2004年美国国家标准技术局物理学家

1999~至今美国科罗拉多大学物理系助理教授、副教授、教授

1999年~至今由任国家标准、技术和科罗拉多大学共同建立的实验天体物理实验室地( jila )助理研究员、研究员

2004 ~至今美国国家标准技术局院士( fellow )。

获得荣誉:

2007年德国卡尔蔡斯研究奖

2007年美国物理学会拉比奖

2006年度美国光学学会威廉·梅加斯奖( william f. meggers awards )

2006年美国国家标准技术局stratton奖( samuel wesley stratton award )

2006年德国亚历山大·冯·博尔特基金会弗里德里希·威廉·贝塞尔研究奖( Friedrichwilhembesselresearchaward )

2006年，美国光学学会会士

2005年，技术发明一等奖

2005年，美国物理学会士

2005年，美国联邦政府颁发的亚瑟·弗莱明奖( arthur s. flemming award )

2003年，美国总统科学与工程初期职业奖

2002年，入选美国《技术评论杂志》的100位顶尖年轻革新者

2001年，美国商业部金奖(团队)

1999年美国光学学会阿道夫奖( adolph lomb medal )