1957年11月，毛澤東主席到訪前蘇聯(lián)，在莫斯科大學(xué)接見中國留學(xué)生。在洶涌的人潮中，有一個25歲的河北小伙子，因為苦于擠不到前排，靈機(jī)一動，攀上了禮堂高高的窗臺，為自己爭取到一個更好的視野。
這個小伙子叫王育竹，雖然他此刻能看到敬愛的毛主席了，卻聽不懂主席的湖南方言。這可把他急壞了，連忙請身邊的同學(xué)幫忙“翻譯”。
終于聽明白這番話的意思時，他感到了深深的震撼：“世界是你們的也是我們的，但歸根結(jié)底是你們的。你們青年人朝氣蓬勃，好像是早晨八、九點(diǎn)鐘的太陽，希望寄托在你們身上。”
話語中包含的殷切期望，照亮了王育竹內(nèi)心最深處的地方。他急切盼望著，能為祖國的建設(shè)事業(yè)貢獻(xiàn)一份力量。
青年王育竹（中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所供圖，下同）
光陰荏苒，今天的王育竹，已經(jīng)是92歲高齡的中國科學(xué)院院士。他當(dāng)然不再是早晨八、九點(diǎn)鐘的太陽，但他把這一生的光芒都獻(xiàn)給了祖國、獻(xiàn)給了黨。作為中國原子鐘的開拓者之一，他負(fù)責(zé)研制成功我國第一臺銣原子鐘，并已用于多項重要國防任務(wù)，其中安裝在“遠(yuǎn)望號”綜合測量船上的銣原子鐘，保證了歷次衛(wèi)星的發(fā)射成功。他帶隊研制的空間冷原子鐘則隨天宮二號發(fā)射升空，成為九霄之上最精準(zhǔn)的“定時神針”。
王育竹院士
“小作坊”造出原子鐘
王育竹一生的學(xué)術(shù)成果堪稱厚重，如果只用一句話來概括，那就是做出更好的原子鐘。
原子鐘，顧名思義，是利用原子在不同能量態(tài)之間躍遷時吸收或發(fā)射的電磁波來計時的。由于這種電磁波周期非常穩(wěn)定，原子鐘成為目前世界上最精準(zhǔn)的計時工具，在國防軍事、定位導(dǎo)航、航空航天等領(lǐng)域都發(fā)揮著極其關(guān)鍵的作用。
1955年，兩位科學(xué)家路易斯·埃森（Louis Essen）和杰克·帕里（Jack Parry）在英國國家物理實驗室建造了第一臺可靠的銫原子束鐘，用于校準(zhǔn)石英振蕩器的頻率。6年后，王育竹從前蘇聯(lián)回國，入職中國科學(xué)院北京電子所。他在博士期間工作的基礎(chǔ)上，白手起家建立實驗室，并于1964年成功研制了鈉原子鐘實驗室裝置。
1963年，中國科學(xué)院決定將北京電子所和長春光機(jī)所的部分研究室組成新的研究所——中國科學(xué)院光學(xué)精密機(jī)械研究所上海分所（即今天的中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所）。王育竹和他的實驗室成員集體遷往上海，從此在這里扎下根來。
不久后，王育竹得知國外成功研制出性能優(yōu)越的銣原子鐘，但該技術(shù)對中國長期禁運(yùn)。他非常清楚銣原子鐘在導(dǎo)航、定位技術(shù)中的重要地位，于是從1965年開始獨(dú)立自主地研制銣原子鐘。
這是一場漫長而艱難的歷程。彼時，我國沒有可以用于制造原子鐘的銣原子同位素，王育竹團(tuán)隊幾經(jīng)周折，終于在中國科學(xué)院原子能研究所的幫助下，利用初建的裝置分離出了同位素。由于受當(dāng)時歷史背景的影響，王育竹的研究工作反復(fù)中斷，前后花了4年時間，才研制出銣原子鐘的關(guān)鍵部件和所需要的測試設(shè)備。
直到1969年9月，周恩來總理提出丟掉“洋拐棍”，建立中國“原子時”的決策，并提出“中國發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)時間信號要建立在中國研制的原子鐘基礎(chǔ)上。”上海光機(jī)所對銣原子鐘的研制工作步入正軌，同時承擔(dān)了多項應(yīng)用銣原子鐘的國防任務(wù)。
1970年，中國科學(xué)院提出“開門辦所”的方針，38歲的王育竹帶領(lǐng)頻標(biāo)組，下工廠接受工人階級“再教育”，入駐上海國榮燈具廠。這是一個制造漆包線的小工廠，工作環(huán)境和條件極差，他們在工廠廚房的小閣樓里搭建起原子鐘實驗平臺，和工人師傅一起開始了研制工作。
利用王育竹提出的軸向通光的微波諧振腔、小型微波耦合頭和大泡充氣技術(shù)這3項技術(shù)，團(tuán)隊經(jīng)過7年時間的刻苦攻關(guān)，先后研制了三代銣原子鐘樣機(jī)，“性能一代比一代強(qiáng)，達(dá)到了當(dāng)時國際水平。”
他們研制的銣原子鐘先后參加并完成了多項國防任務(wù)，包括超長波導(dǎo)航、潛艇導(dǎo)航、基地臺站間的時間同步和遠(yuǎn)程導(dǎo)彈及通信衛(wèi)星發(fā)射、國家原子時系統(tǒng)等，且順利完成了“遠(yuǎn)望號”測量船原子鐘任務(wù)，先后經(jīng)歷兩次出海考驗。
王育竹至今記得，1982年，我國向全世界發(fā)出通告，要向指定海域發(fā)射火箭。得知“遠(yuǎn)望號”測量船將出海，他心中十分緊張，“發(fā)射中心何時發(fā)射、何時發(fā)射到什么位置以及要測量和時間有關(guān)的數(shù)據(jù)，都要求有很好的時間同步，如果原子鐘出問題，那整個發(fā)射工作就難以進(jìn)行了。”直到“發(fā)射成功”的喜訊傳來，王育竹才卸下重?fù)?dān)，“激動得熱淚盈眶”，深感為祖國的國防事業(yè)做出了一份真正有價值的貢獻(xiàn)。
“王先生的心時刻跟隨著這項國家重大任務(wù)，后面‘遠(yuǎn)望號’每次出海，他都記掛著原子鐘是不是在正常工作。”上海光機(jī)所副研究員徐震補(bǔ)充道，“一直到‘遠(yuǎn)望號’退役，原子鐘都在很好地為國家服務(wù)，對此王先生非常欣慰。”
“與諾獎擦肩而過”？他這樣說
1997年，3位科學(xué)家——朱棣文、威廉·菲利普斯（William Phillips）和科昂·塔努吉（Cohen Tanhoudji）因為在激光冷卻氣體原子研究工作中做出突出貢獻(xiàn)而獲諾貝爾物理學(xué)獎。
此時人們猛然間發(fā)覺，“王育竹提出的激光冷卻氣體原子的物理思想與現(xiàn)在使用的機(jī)制是一致的”，但由于種種原因，“王育竹距諾貝爾獎只差一步”。
要說清楚這其中的關(guān)節(jié)，得把時間撥回20年前。
1977年，完成銣原子鐘任務(wù)后，45歲的王育竹回到上海光機(jī)所，尋找自己下一步的研究方向。就在這時，他關(guān)注到著名物理學(xué)家阿瑟·肖洛（Arthur Schawlow）和西奧多·漢斯（Theodor H?nsch）于1975年發(fā)表的一篇論文。文中提出了激光冷卻原子的多普勒冷卻機(jī)制，并推算出利用這種機(jī)制最低可將鈉原子冷卻到240μK，這個溫度也被稱為“多普勒極限”。
原子鐘的精確度受限于原子的熱運(yùn)動速度，如果降低原子的溫度，將大幅提高原子鐘的精度。王育竹當(dāng)即認(rèn)識到冷原子對原子鐘研究將產(chǎn)生的革命性影響，決心投入到激光冷卻氣體原子研究中。
1979年，在理解了激光冷卻氣體原子與多普勒頻移的關(guān)聯(lián)后，王育竹提出了幾種與多普勒效應(yīng)相關(guān)的激光冷卻氣體原子機(jī)制的建議，其中“積分球紅移漫反射激光冷卻氣體原子”與菲利普斯在1983年的工作相似。但限于條件，王育竹直到1993年才完成了積分球激光冷卻原子束的實驗，又過了15年，團(tuán)隊終于實現(xiàn)了從87Rb背景氣體中直接冷卻原子，獲得了109量級的冷原子氣體，最低氣體溫度達(dá)25μK。
也是在1979年，王育竹開始從一個新視角來思考激光冷卻氣體原子的物理機(jī)制。“銣原子鐘物理機(jī)制中有光頻移問題，既然多普勒頻移可用于激光冷卻氣體原子，為什么光頻移不能用于激光冷卻氣體原子呢？”經(jīng)過深入思考，王育竹提出了不同于多普勒冷卻機(jī)制的新冷卻機(jī)制——利用交流施達(dá)克效應(yīng)（光頻移效應(yīng)）激光冷卻氣體原子。這又與朱棣文和塔努吉在1989年提出的低于多普勒冷卻極限的西西弗斯（Sisyphus）冷卻機(jī)制相一致。
這是國際上首次提出將光頻移效應(yīng)用于激光冷卻氣體原子的機(jī)制。肖洛在1979年訪問王育竹的實驗室時，對他提出的新冷卻機(jī)制表示了贊同，“這個思想是新的、合理的，表達(dá)是直接的和清晰的，我建議你發(fā)表。”在他的鼓勵下，王育竹先后在兩本國產(chǎn)期刊《科學(xué)通報》和《中國激光》上闡述了相關(guān)物理思想。
但是1980年在上海光機(jī)所參與組織的國際激光會議上，一位國外科學(xué)家并不認(rèn)同這個冷卻機(jī)制。王育竹回憶當(dāng)時的情景：“他就當(dāng)場打壓、批評你，說這不行，真是霸氣得不得了。”
王育竹提出的有關(guān)激光冷卻氣體原子的新設(shè)想，比國外早了5~10年，但限于當(dāng)時的實驗條件，沒有能夠在實驗上實現(xiàn)。1998年，朱棣文訪問上海光機(jī)所，參觀王育竹實驗室的時候，曾問他為何沒有早些開展實驗，王育竹無奈解釋：“我沒條件。”
回顧這些往事，王育竹從未因為錯過諾貝爾獎而悵然。他更為介懷的，是時代背景下開展基礎(chǔ)研究工作的艱難，以及當(dāng)時中國人在國際學(xué)術(shù)界受到的輕視。
面對媒體上的種種唏噓嘆惋，王育竹只是淡淡地說：“談?wù)撝Z貝爾獎問題沒有意義，但是，回憶走過的路程，記錄真情實況，會使我們更重視系統(tǒng)的基礎(chǔ)科學(xué)研究，會更加珍惜現(xiàn)時研究工作的可貴。”
托起“八九點(diǎn)鐘的太陽”
王育竹不僅是一位開拓進(jìn)取的學(xué)者，也是一位桃李滿園的師者。當(dāng)初那樣冷清孤寂的冷原子研究領(lǐng)域，如今早已人才濟(jì)濟(jì)。動輒數(shù)百人參與的學(xué)術(shù)會議上，絕大多數(shù)人要么出自王育竹門下，要么曾在他的實驗室學(xué)習(xí)過。
王育竹在實驗室指導(dǎo)學(xué)生
“王先生是一位非常平和的老師，他十分珍惜年輕人對研究的興趣。”上海光機(jī)所研究員魏榮說。他最初沒有分配到王育竹的課題組，但對組里的研究方向很感興趣。他的一個好友恰好在王育竹門下學(xué)習(xí)，表示愿意和他交換課題組，還把這件事情講給了王育竹。沒過多久，魏榮就接到王育竹的邀請去參觀實驗室。“我當(dāng)時很激動，但也很忐忑。后來王先生就給我當(dāng)時的導(dǎo)師打了電話，安排我們兩個人換組了。”魏榮說，“王先生就是這樣，他覺得你對這個方向真的感興趣，就很愿意把你招進(jìn)來。”
徐震也有類似的經(jīng)歷，他備考博士研究生時發(fā)揮失誤，原以為要與學(xué)術(shù)生涯說再見了。沒想到王育竹主動來詢問他哪里沒考好，以后想做什么。看出徐震是真心喜歡科研，王育竹便請他來課題組工作，后來幫助他在職讀了博士學(xué)位。
在上海光機(jī)所研究員呂德勝看來，王育竹在教育中所傳達(dá)的精髓，除了對科研的熱愛外，就是做任何事情都要從國家利益出發(fā)。
2002年3月，王育竹實驗室利用為數(shù)不多的經(jīng)費(fèi)，實現(xiàn)了中國第一個銣原子稀薄氣體的玻色—愛因斯坦凝聚（BEC），誕生了一種新物態(tài)，使中國成為世界上第11個、亞洲第2個擁有新物態(tài)的國家。當(dāng)國際BEC網(wǎng)站上飄揚(yáng)起五星紅旗的時候，從不在意個人名利的王育竹，在那一刻表現(xiàn)得非常振奮。
王育竹對財物的態(tài)度，既慷慨又“摳門”。遇到各種災(zāi)情疫情，他往往是所里捐款最多的人。但實驗室里哪怕幾毛錢一個的小物件，他也格外珍惜，不許學(xué)生隨意丟棄。用他的話說就是：沒有人有權(quán)利浪費(fèi)國家一分錢！
在王育竹的潛移默化下，他的學(xué)生也同他一樣，心系“國家事”，肩扛“國家責(zé)”，不斷推動原子鐘研究的發(fā)展。
空間冷原子鐘是原子鐘發(fā)展的另一突破。在上世紀(jì)九十年代，王育竹開始進(jìn)行空間冷原子鐘的相關(guān)論證，當(dāng)時他的學(xué)生王新旗便已在博士畢業(yè)論文中提到了“新型空間原子鐘建議”。進(jìn)入21世紀(jì)后，王育竹帶領(lǐng)團(tuán)隊開始逐步推進(jìn)小型化冷原子銣鐘和空間冷原子鐘的可行性研究。
“國家需要你們”，2006年，在恩師的召喚下，劉亮放棄了美國的高薪工作，回到了上海光機(jī)所，很快領(lǐng)導(dǎo)成立了空間冷原子鐘團(tuán)隊。團(tuán)隊攻堅克難，取得了系列成果：2010年，完成空間冷原子鐘原理樣機(jī)的研制和地面科學(xué)試驗論證；2011年，空間冷原子鐘實驗CACES計劃正式進(jìn)入工程樣機(jī)的設(shè)計與研制階段；2016年，國際上第一臺在軌進(jìn)行科學(xué)實驗的空間冷原子鐘搭乘“天宮二號”被發(fā)射到太空，其精度高達(dá)三千萬年，誤差小于一秒。
值得一提的是，空間冷原子鐘的方案最早是法國的巴黎天文臺提出的，但中國是第一個將其送入太空的國家。從錯過激光冷卻氣體原子研究先機(jī)，到空間冷原子鐘后來居上，短短幾十年，儼然換了人間。王育竹欣喜于國內(nèi)科研環(huán)境的日益改善，也欣慰于青年一代扛起科技強(qiáng)國重任。
光陰荏苒，當(dāng)年那位爬上窗臺、眼中有光的青年已步入耄耋之年，而冷原子學(xué)科的研究隊伍日益壯大、風(fēng)華正茂。這是最讓王育竹欣慰的事情：每一個人都會老去，但他在有限的年華里，為祖國的科技事業(yè)托舉起了更多“八九點(diǎn)鐘的太陽”。
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