王育竹?中國科學院上海光學精密機械研究所供圖

青年王育竹。

王育竹在實驗室指導學生。

1957年11月，毛澤東主席到訪蘇聯(lián)，在莫斯科大學接見中國留學生。在洶涌的人潮中，有一個25歲的河北小伙子，苦于擠不到前排，他靈機一動，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，連忙請身邊的同學幫忙“翻譯”。

終于聽明白這番話時，他感到了深深的震撼：“世界是你們的，也是我們的，但是歸根結底是你們的。你們青年人朝氣蓬勃，正在興旺時期，好像早晨八九點鐘的太陽。希望寄托在你們身上。”

話語中包含的殷切期望，照亮了王育竹內心最深處。他急切盼望著，能為祖國的建設事業(yè)貢獻一份力量。

光陰荏苒，今天的王育竹，已經(jīng)是92歲高齡的中國科學院院士。他當然不再是早晨八九點鐘的太陽，但他把這一生的光芒都獻給了祖國、獻給了黨。

作為中國原子鐘的開拓者之一，他負責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，其中安裝在“遠望號”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的“定時神針”。

“小作坊”造出原子鐘

王育竹一生的學術成果堪稱厚重，如果只用一句話概括，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。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的計時工具，在國防軍事、定位導航、航空航天等領域都發(fā)揮著極其關鍵的作用。

1955年，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鐘，用于校準石英振蕩器的頻率。6年后，王育竹從蘇聯(lián)回國，入職中國科學院北京電子所。他在博士期間工作的基礎上，白手起家建立實驗室，并于1964年成功研制出鈉原子鐘實驗室裝置。

1963年，中國科學院決定將北京電子所和長春光機所的部分研究室組成新的研究所——中國科學院光學精密機械研究所上海分所（現(xiàn)為中國科學院上海光學精密機械研究所）。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，但該技術對中國封鎖。他非常清楚銣原子鐘在導航、定位技術中的重要地位，于是從1965年開始獨立自主研制銣原子鐘。

那是一段漫長而艱難的歷程。彼時，我國沒有可以用于制造原子鐘的銣原子同位素，王育竹團隊幾經(jīng)周折，終于利用初建的裝置分離出同位素。由于受當時歷史背景的影響，王育竹的研究工作幾次中斷，前后花了4年時間，才研制出銣原子鐘的關鍵部件和所需要的測試設備。

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，銣原子鐘的研制工作逐步步入正軌。

1970年，中國科學院提出 “開門辦所” 的方針。38歲的王育竹帶領頻標組，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3項關鍵技術，團隊經(jīng)過7年的刻苦攻關，先后研制了三代銣原子鐘樣機，“性能一代比一代強，達到了當時的國際水平”。

他們研制的銣原子鐘先后參加并完成多項國防任務，包括超長波導航、潛艇導航、基地臺站間的時間同步、遠程導彈及通信衛(wèi)星發(fā)射、國家原子時系統(tǒng)等，且順利完成了“遠望號”測量船原子鐘任務，先后經(jīng)歷兩次出?？简?。

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“遠望號”測量船即將出海，他心中十分緊張：“何時發(fā)射、發(fā)射到什么位置以及要測量和時間有關的數(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)射工作就難以進行了。”直到“發(fā)射成功”的喜訊傳來，王育竹才如釋重負，“激動得熱淚盈眶”，深感為祖國的國防事業(yè)作出了一份真正有價值的貢獻。

“王先生的心時刻跟隨這項國家重大任務，之后‘遠望號’每次出海，他都記掛著原子鐘是不是在正常工作。”中國科學院上海光學精密機械研究所副研究員徐震說，“一直到‘遠望號’退役，原子鐘都在很好地為國家服務，對此，王先生非常欣慰?！?/p>

“與諾獎擦肩而過”？他這樣說

1997年，朱棣文、威廉·菲利普斯（William Phillips）和科昂·塔努吉（Cohen Tanhoudji）因在激光冷卻氣體原子研究工作中的突出貢獻而獲諾貝爾物理學獎。

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”。

要說清楚如何“與諾獎擦肩而過”，得把時間撥回到20年前。

1977年，完成銣原子鐘任務后，45歲的王育竹回到中國科學院上海光學精密機械研究所，尋找下一步的研究方向。就在這時，他關注到著名物理學家阿瑟·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制，并推算出利用這種機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。王育竹當即認識到冷原子對原子鐘研究將產(chǎn)生革命性影響，決心投入到激光冷卻氣體原子的研究中。

1979年，在理解了激光冷卻氣體原子與多普勒頻移的關聯(lián)后，王育竹提出了幾個與多普勒效應相關的激光冷卻氣體原子機制的建議，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年才完成積分球激光冷卻原子束的實驗。又過了15年，團隊終于實現(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25μK。

也是在1979年，王育竹開始從一個新視角思考激光冷卻氣體原子的物理機制?！般溤隅娢锢頇C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制的新冷卻機制——利用交流施達克效應（光頻移效應）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冷卻機制一致。

這是國際上首次提出將光頻移效應用于激光冷卻氣體原子的機制。肖洛在1979年訪問王育竹的實驗室時，對他提出的新冷卻機制表示了贊同：“這個思想是新的、合理的，表達是直接的和清晰的，我建議你發(fā)表?！痹谒墓膭钕?，王育竹先后在兩本國產(chǎn)期刊《科學通報》和《中國激光》上闡述了相關物理思想。

但是1980年在中國科學院上海光學精密機械研究所參與組織的國際激光會議上，一位國外科學家并不認同這個冷卻機制。王育竹回憶當時的情景：“他就當場打壓、批評你，說這不行，真是霸氣得不得了。”

王育竹提出有關激光冷卻氣體原子新設想的時間，比國外早了5至10年，但限于當時的實驗條件，沒有在實驗上實現(xiàn)。1998年，朱棣文訪問中國科學院上海光學精密機械研究所并參觀王育竹實驗室時，曾問他為何沒有早些開展實驗，王育竹無奈解釋：“我沒條件?！?/p>

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研究工作的艱難，以及當時中國人在國際學術界受到的輕視。

面對媒體上的種種嘆惋，王育竹只是淡淡地說：“談論諾貝爾獎問題沒有意義，但是，回憶走過的路程、記錄真實情況，會使我們更重視系統(tǒng)的基礎科學研究，更加珍惜現(xiàn)在的研究工作?！?/p>

托起“八九點鐘的太陽”

王育竹不僅是一位開拓進取的學者，也是一位桃李滿園的師者。當初冷清孤寂的冷原子研究領域，如今早已人才濟濟。動輒數(shù)百人參與的學術會議上，絕大多數(shù)參會者要么出自王育竹門下，要么曾在他的實驗室學習過。

“王先生是一位非常平和的老師，他十分看重年輕人對研究的興趣。”中國科學院上海光學精密機械研究所研究員魏榮說。他最初沒有被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習，表示愿意和他交換課題組，還把這件事告訴了王育竹。沒過多久，魏榮就受到王育竹的邀請去參觀實驗室?！拔耶敃r很激動，但也很忐忑。后來王先生就給我當時的導師打了電話，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，就很愿意把你招進來?！?/p>

徐震也有類似的經(jīng)歷。他備考博士研究生時發(fā)揮失常，原以為要與學術生涯說再見了。沒想到王育竹主動詢問他哪里沒考好、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位。

在中國科學院上海光學精密機械研究所研究員呂德勝看來，王育竹在教育中所傳達的精髓，除了對科研的熱愛外，就是做任何事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，實現(xiàn)了中國第一個銣原子稀薄氣體的玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)（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。當國際BEC網(wǎng)站上飄揚起五星紅旗時，從不在乎個人名利的王育竹，在那一刻非常振奮。

對待財物，王育竹既慷慨又“摳門兒”。遇到各種災情疫情，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，不許學生隨意丟棄。用他的話說就是，沒有人有權利浪費國家一分錢！

在王育竹的潛移默化下，他的學生同他一樣，心系“國家事”，肩扛“國家責”，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。上世紀90年代，王育竹開始進行空間冷原子鐘的相關論證，當時他的學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”。進入21世紀后，王育竹帶領團隊開始逐步推進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，在恩師王育竹的召喚下，劉亮放棄了美國的高薪工作，回到中國科學院上海光學精密機械研究所，很快領導成立了空間冷原子鐘團隊。團隊攻堅克難，取得了系列成果——2010年，完成空間冷原子鐘原理樣機的研制和地面科學實驗論證；2011年，空間冷原子鐘實驗計劃正式進入工程樣機的設計與研制階段；2016年，國際上第一臺在軌進行科學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3000萬年，誤差小于1秒。

值得一提的是，空間冷原子鐘的方案最早是法國巴黎天文臺提出的，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，到空間冷原子鐘研究后來居上，短短幾十年，儼然換了人間。王育竹欣喜于國內科研環(huán)境的日益改善，也欣慰于青年一代扛起了科技強國重任。

光陰荏苒，當年那位攀上窗臺、眼中有光的青年已步入耄耋之年，但冷原子學科的研究隊伍卻日益壯大、風華正茂。這是最讓王育竹欣慰的事——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“八九點鐘的太陽”。

（原載于《中國科學報》?2024-01-29?第3版?綜合）