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沃尔夫物理学奖揭晓:叶军与布洛赫因超冷原子研究获奖

已有 522 次阅读 2026-10-5 11:19 |个人分类:分享|系统分类:科普集锦

2026年10月1日,沃尔夫物理学奖揭晓。美国国家标准与技术研究院与科罗拉多大学博尔德分校的华人物理学家叶军,与德国马普量子光学研究所的伊曼纽尔·布洛赫共同获奖。这是该奖自1978年首届颁奖以来第二次颁给华人——上一次,是首届唯一的得主吴健雄。

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授奖词说得很凝练:表彰他们在超冷原子系统的操控与精密测量上的开创性贡献。两人恰好站在这项事业的两端:布洛赫把原子变成“模拟器”,叶军则把原子变成“钟”。

布洛赫的贡献,是把冷原子实验室改造成可处理凝聚态问题的量子模拟器。2002年,他与格雷纳等合作,把玻色-爱因斯坦凝聚体放进三维光晶格,首次观测到从超流态到莫特绝缘体的量子相变——用激光搭出“蛋托”,让原子在“可调谐的固体”里扮演电子。这篇论文被视为超冷原子量子模拟时代的开端。此后他又发展了量子气体显微镜,能在单个格点、单个原子的分辨率下为原子“拍照”,让量子多体态的微观结构第一次变得可见。他驯服的是最冷的原子,看见的却是最抽象的物质规律。

叶军的代表作,则是一台把“秒”逼向物理极限的锶原子光晶格钟。要读懂它,先得明白“钟”为何物。今天的“秒”由铯原子微波钟定义;而光钟以可见光频率的原子跃迁作摆,其频率(锶钟约429万亿赫兹)比铯钟的微波频率(约9.19吉赫)高出四到五万倍,天然能切出更细的时间刻度。叶军团队承袭日本学者香取秀俊提出的方案,把成千上万个锶原子囚禁在“魔术波长”的光晶格里,再用超稳激光读出其1S₀→3P₀超窄跃迁。原子多,信号强;晶格稳,干扰小——这正是锶光晶格钟能把误差一压再压的底气。

2024年,叶军团队报告了当时全世界不确定性最低的原子钟:系统不确定度8.1×10⁻1⁹。换算成大白话,这台钟要走390亿年才可能差上一秒——而宇宙的年龄,只有约138亿年。

把时间量得这么准,绝非书斋里的炫技。一方面,“秒”本身正酝酿再定义,国际计量界已把光钟列为新一代秒基准的候选,第27届国际计量大会已就此明确路线图;另一方面,时钟即测距,更准的钟意味着更精的定位与重力测量。叶军团队2022年甚至在毫米尺度上测出了爱因斯坦预言的引力红移:把原子云分成上下两层,因高度差导致的时间快慢差异,被这台钟看得清清楚楚。超冷原子、精密测量与量子物理,在这里汇成同一条河流。

两位获奖者,一个用量子模拟打开“上帝如何排布电子”的黑箱,一个用光学时钟逼近“时间的最小刻度”。他们共同印证了授奖词里那句话:物理学正从观测量子世界,走向控制、测量并驾驭它。明天,2026年诺贝尔物理学奖即将揭晓。无论结果如何,这都提醒我们:最安静、最平凡的一秒背后,往往藏着人类对自然最深的好奇。

参考文献

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