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《驯服原子 精益求精》预告片
文/我是科学人
2016年9月，一台冷原子钟随着天宫二号被发射到太空。
这是世界上第一台在轨进行科学实验的空间冷原子钟。看起来，它只是一台没有秒针、分针、时针且其貌不扬的黑色圆柱体。但有了它，太空就有了更高精度的时间基准。
冷原子钟照片（新华社发）
为什么科学家们执着于时间精度？曾有学者举过这样的例子：当计时误差在100纳秒量级时（一天的计时误差超过千分之一秒），通信网络、交通、金融系统、安全、电网发电等，就会陷入混乱；而导航卫星等对计时精度有更高的要求，如果误差超过10^-14（一天的计时误差超过十亿分之一秒），将会对导弹精密打击等高精准度导航定位将产生不可接受的偏离。
这是中国科学院院士王育竹团队探索高精度空间原子钟的重要原因。天宫二号升空之前，他们的目标是实现3000万年误差1秒。但当这台冷原子钟在天上运行了34个月之后，最终做到了4200万年误差1秒。
王育竹院士在实验室
1955年在清华大学无线电系毕业后，王育竹受国家委派赴苏联科学院电子学与无线电技术研究所学习原子频率标准专业。在那里，按照苏联导师的决定，他开始一个人运用当时全新的光抽运技术研发原子钟的工作。
在仅有原理而没有任何资料的条件下，王育竹要独立面对研究过程中的重重困难，还曾经因为实验装置爆炸而受伤，但都没有令他产生过动摇。相反，那段经历成为他后来研发原子钟的宝贵财富。
1964年，他成功研制了钠原子钟实验室装置，并很快应用到天文观测事业。这时，我国“两弹一星”工程中导弹的研制与实验工作急需高性能原子钟为导航、定位等技术提供支持，王育竹欣然领命。
“国家需要原子钟，那么我的责任就是做原子钟。”他说。一心想要科研报国，王育竹觉得再大的困难都能克服。不论是一系列关键技术的诞生，还是原子钟从实验装置到工程化，他和同事们都是在一家条件环境极为有限的街道小厂中完成的。即便如此，20世纪70年代，他们研制出的我国第一台铷原子钟，还是在对比测试中表现出了不逊于德国铷原子钟的水平。
此后不久，当自己团队研制的铷原子钟首次随“远望一号”和“远望二号”测量船远航，执行导弹、火箭发射等飞行试验的测量和控制任务时，王育竹充满期待又有些担心。直到看到《人民日报》发布任务成功的消息，他才松了一口气——他们的成果没有“掉链子”，这让他倍感欣慰和自豪。而后他的团队在应用做出了更多探索，开展了我国沿海电离层变化规律的测量，超长波电台的建立和潜艇原子钟研制及原子时建立等。
王育竹在莫斯科研究生公寓
1978年，王育竹注意到国外学术期刊发表了一篇关于“激光冷却气体原子”的论文。他敏感地发现了一个兼具理论意义和实用价值的研究领域：原子钟的精确度受限于原子的热运动速度，如果能降低原子的温度，即减低原子的热运动速度，那么原子钟的精确度就会大大提高。
他认为，如果能在这一方向上有所突破，对原子钟的研发，甚至原子物理以及基本定理的验证研究都有重大意义。当时，国际主流一般采用多普勒冷却机制的路径，但王育竹却创造性地提出了将光频移效应应用于激光冷却气体原子的物理机制和积分球漫反射激光冷却气体原子物理机制。
作为率先开展激光冷却原子研究的学者，他先后发布了“积分球红移漫反射激光冷却气体原子”、“序列脉冲激光冷却气体原子”和“利用交流施达克效应激光冷却气体原子”等论文报告。
积分球冷却手稿
这些报告在当时的国际学术会议上遭受了很多质疑和否定。直到多年后，人们才发现，王育竹的这些报告中的思想理念，前两项与诺贝尔奖获得者菲利普斯1983年的工作相似；后一项与诺贝尔奖获得者朱棣文和科昂-塔洛德基在1989年提出的低于多普勒冷却极限的冷却机制相一致。
王育竹因此被称为距诺奖只有一步之遥的人。他本人却对身边的“遗憾”之声很是冷静。“诺贝尔奖的成就需要很多条件才能产生，缺一不可，不具备这种条件，就谈不上诺贝尔奖的问题。现在有无诺贝尔奖不重要，重要的是我们需要进行系统的、基础的和扎扎实实的科学研究工作。”他说。
王育竹和三台原子钟
2016年，天宫二号升空后，美国《科学》杂志封面上出现了一句话：中国的空间冷原子钟开始滴答作响，人类地球的计时精度将会变得更加精确。
对王育竹来说，这意味着他几十年来在“激光冷却气体原子”领域的坚持和付出都有了最好的回报。
直到现在，王育竹都无法忘记1957年11月17日。那一天，毛主席访问苏联，对留苏学生们说：“世界是你们的，也是我们的，但是归根结底是你们的。你们青年人朝气蓬勃，正在兴旺时期，好像早晨八、九点钟的太阳。希望寄托在你们身上……”
这句话，在王育竹心中涤荡半生。他曾经以此为动力，全力投入到原子钟研究中。作为我国原子钟事业的开拓者之一，他在国内建立了第一个量子光学开放实验室。
在一次演讲报告中，王育竹提到，他“深感未能为国家做出重要的科技贡献而惋惜和无奈”，唯一欣慰的是，从这个实验室走出了一批优秀的青年科学家，“他们成长为我国冷原子物理和原子钟研究的骨干力量”。
如今，89岁高龄的王育竹仍然密切关注着青年学者们的研究进展，乐于与他们交流、分享新的观点和学术动态，他要尽自己的力量，为中国的科技事业托起“八九点钟的太阳”。
