團(tuán)隊(duì)科研人員在進(jìn)行研究工作。 本報(bào)通訊員 白浩然攝
“現(xiàn)在是北京時(shí)間……”
聽(tīng)到這熟悉的聲音，你是否想過(guò)北京時(shí)間產(chǎn)生于哪里？
其實(shí)，北京時(shí)間并非來(lái)自北京，而是來(lái)自位于臨潼驪山腳下的中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心。在這里，有一群“雕刻”時(shí)間的人，他們用智慧和汗水把對(duì)時(shí)間的測(cè)量精確到千億分之一秒。他們就是國(guó)家授時(shí)中心主任張首剛和他的“時(shí)間團(tuán)隊(duì)”。
為了千億分之一秒的精確
北京時(shí)間是我們每天都在使用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心承擔(dān)著我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的發(fā)播任務(wù)。時(shí)間頻率基準(zhǔn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托于該中心，是我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生、保持和應(yīng)用的中科院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。
時(shí)間頻率基準(zhǔn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室要保證我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的精確度，首先要有高精度時(shí)間頻率的產(chǎn)生裝置，也就是原子鐘。國(guó)家授時(shí)中心安放了30多臺(tái)原子鐘，這是國(guó)內(nèi)最大的守時(shí)鐘組。每天，科研人員要根據(jù)原子鐘的數(shù)據(jù)計(jì)算出時(shí)間，并將原始數(shù)據(jù)和計(jì)算后的數(shù)據(jù)上傳給國(guó)際時(shí)間局，用來(lái)計(jì)算國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。
高精度的時(shí)間不僅在通信、證券、航空、國(guó)防等領(lǐng)域具有重要意義，作為最基本的物理量，對(duì)提升國(guó)家科研水平也有著基礎(chǔ)性作用。“時(shí)間的毫厘之差，會(huì)帶來(lái)距離的千里之謬。比如飛船對(duì)接，一旦時(shí)間差百萬(wàn)分之一秒，就會(huì)出現(xiàn)300米的距離偏差。”張首剛介紹說(shuō)。因此，所謂高精度，起碼要做到千億分之一秒的精確。
為了這千億分之一秒的精確，多年來(lái)張首剛帶領(lǐng)時(shí)間頻率基準(zhǔn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，圍繞高精度時(shí)間頻率的產(chǎn)生和保持，展開(kāi)量子頻標(biāo)、時(shí)間頻率測(cè)量和控制、時(shí)間頻率傳遞、守時(shí)理論與方法、時(shí)間用戶(hù)系統(tǒng)等方向的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。
判斷時(shí)間性能的第一條是守時(shí)實(shí)驗(yàn)室的鐘組在國(guó)際原子時(shí)計(jì)算時(shí)的權(quán)重。權(quán)重越大，說(shuō)明這個(gè)守時(shí)實(shí)驗(yàn)室越重要。目前，全世界共有400多臺(tái)原子鐘，按照常規(guī)，每個(gè)月國(guó)際時(shí)間局會(huì)根據(jù)各地原子鐘數(shù)據(jù)，計(jì)算和發(fā)布一次國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。作為全球最重要的守時(shí)實(shí)驗(yàn)室之一，我國(guó)的時(shí)間頻率基準(zhǔn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)國(guó)際原子時(shí)計(jì)算的權(quán)重貢獻(xiàn)位居世界前列。“這說(shuō)明我們的原子鐘精準(zhǔn)度高，北京時(shí)間的性能相當(dāng)不錯(cuò)！”張首剛介紹說(shuō)。
目前，圍繞我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生、保持和應(yīng)用，國(guó)家授時(shí)中心已經(jīng)形成了“原子鐘——守時(shí)——授時(shí)——用時(shí)”的時(shí)間頻率學(xué)科鏈，以及以“時(shí)間——信號(hào)——軌道”為特色的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研發(fā)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。我國(guó)空間技術(shù)、測(cè)繪、地震、交通、通信等多個(gè)行業(yè)和部門(mén)都在接受和應(yīng)用著來(lái)自這支“時(shí)間團(tuán)隊(duì)”的授時(shí)服務(wù)。
科研團(tuán)隊(duì)情系驪山
高性能原子鐘是國(guó)家戰(zhàn)略資源。由于歷史原因，我國(guó)高性能原子鐘的研制水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際先進(jìn)水平。沒(méi)有自己的原子鐘，我國(guó)將在時(shí)頻領(lǐng)域核心技術(shù)上受制于人。
2004年，張首剛辭去法國(guó)巴黎天文臺(tái)職位回國(guó)后，在現(xiàn)任中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)白春禮的建議下，放棄了原定去上海的工作，回到故鄉(xiāng)陜西，來(lái)到我國(guó)唯一從事時(shí)間頻率科學(xué)和技術(shù)研究的中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心，從無(wú)到有組建科研團(tuán)隊(duì)，潛心進(jìn)行高性能原子鐘研制。
張首剛說(shuō)：“國(guó)家授時(shí)中心在這方面是零基礎(chǔ)，當(dāng)時(shí)整個(gè)西安地區(qū)都沒(méi)有冷原子研究，可是我研究的新型原子鐘恰恰需要冷原子技術(shù)，所以困難是可想而知的。”
要取得研究的進(jìn)步，首先要有一支好團(tuán)隊(duì)。2005年，張首剛來(lái)到國(guó)家授時(shí)中心成立量子頻標(biāo)研究室時(shí)，是名副其實(shí)的“光桿司令”。2007年9月，在張首剛的主導(dǎo)下，國(guó)家授時(shí)中心從法國(guó)國(guó)家科研中心引進(jìn)第一名海歸博士常宏，之后又陸續(xù)引進(jìn)劉濤、董瑞芳、姜海峰、云恩學(xué)、張曉斐等時(shí)頻領(lǐng)域高端人才。截至2017年，量子頻標(biāo)研究室已有科研人員65人。“他們的研究方向包括鍶冷原子光晶格鐘、超窄線寬激光研制、光纖高精度時(shí)間頻率傳遞、量子時(shí)間同步、飛秒光梳、超冷原子分子物理、量子光學(xué)、芯片原子鐘等，可以說(shuō)涵蓋了量子頻標(biāo)研究各個(gè)方向。”談到同事們，張首剛有一種抑制不住的自豪感。
一位位優(yōu)秀人才的加入，壯大了國(guó)家授時(shí)中心時(shí)頻研究力量：
常宏，法國(guó)國(guó)家科研中心博士后，負(fù)責(zé)鍶冷原子光晶格鐘研制。
劉濤，德國(guó)馬普光科學(xué)研究所、丹麥哥本哈根大學(xué)波爾研究所博士后，負(fù)責(zé)超窄線寬激光研制、光纖高精度時(shí)間頻率傳遞等研究工作。
姜海峰，畢業(yè)于法國(guó)巴黎第13大學(xué)，目前在國(guó)家授時(shí)中心致力于飛秒光梳及應(yīng)用研究，其研制的光梳系統(tǒng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
董瑞芳，回國(guó)前是德國(guó)愛(ài)爾蘭根—紐倫堡大學(xué)和丹麥技術(shù)大學(xué)博士后，目前開(kāi)展量子時(shí)間同步技術(shù)的基礎(chǔ)理論和技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究。
云恩學(xué)，團(tuán)隊(duì)中入職年限最短的一名研究員。在法國(guó)巴黎天文臺(tái)做博士后時(shí)，他從事高性能原子鐘、芯片原子鐘等應(yīng)用研究，回國(guó)后主要圍繞相關(guān)芯片進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化研究。
……
十幾年來(lái)，這支“時(shí)間團(tuán)隊(duì)”扎根驪山腳下，在鍶冷原子光晶格鐘、銫原子噴泉鐘、超穩(wěn)激光、空間光學(xué)參考腔、自旋軌道耦合偶極量子氣體等研究方面均取得了突破性進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)的研究成果為我國(guó)國(guó)防建設(shè)、科技發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了重要貢獻(xiàn)。
面向時(shí)間科學(xué)前沿
近年來(lái)，光鐘已經(jīng)成為國(guó)際計(jì)量科學(xué)發(fā)展的一大熱點(diǎn)。早在2006年，國(guó)家授時(shí)中心就開(kāi)始部署光鐘研究。
光鐘是未來(lái)最有可能重新定義“秒”的原子鐘。它有什么價(jià)值呢？國(guó)家授時(shí)中心量子頻標(biāo)研究室研究員張曉斐介紹說(shuō)：“比如老百姓在趕火車(chē)和高鐵的時(shí)候，對(duì)時(shí)間精度的要求通常在秒的范圍之內(nèi)，也就是在秒的量級(jí)；在金融行業(yè)，上交所和深交所要準(zhǔn)確知道金融交易時(shí)間，對(duì)同步時(shí)間精度的要求在毫秒量級(jí)范圍之內(nèi)；而在高速路上，移動(dòng)通信要想不出現(xiàn)中斷或延遲，對(duì)時(shí)間精度的要求要達(dá)到微秒量級(jí)。我們授時(shí)中心的光鐘系統(tǒng)，相對(duì)于大家所熟悉的納秒，它的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度已經(jīng)提高了數(shù)十億倍這樣一個(gè)量級(jí)。”同時(shí)，該研究成果也將對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航、通信及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)同步等應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。
衛(wèi)星導(dǎo)航、深空探測(cè)、精密物理等領(lǐng)域的研究發(fā)展，需要更高精度時(shí)間傳遞方法。張首剛團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)展亞納秒級(jí)的GNSS載波相位精密時(shí)間傳遞技術(shù)、衛(wèi)星雙向載波相位時(shí)間傳遞技術(shù)和光纖時(shí)間傳遞技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)研究，力爭(zhēng)建立亞納秒級(jí)遠(yuǎn)程時(shí)間傳遞系統(tǒng)，在我國(guó)精密時(shí)間傳遞方面發(fā)揮引領(lǐng)作用。
目前，張首剛和他的團(tuán)隊(duì)承擔(dān)著國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“十三五”建設(shè)項(xiàng)目高精度地基授時(shí)系統(tǒng)、載人航天專(zhuān)項(xiàng)空間時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜試驗(yàn)系統(tǒng)等研制重任：“面向世界科技前沿和國(guó)家戰(zhàn)略需求，國(guó)家授時(shí)中心正在著力提升守時(shí)授時(shí)技術(shù)水平、拓展授時(shí)手段，開(kāi)展衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)體制、精密測(cè)定軌及衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)試評(píng)估技術(shù)研究，建設(shè)我國(guó)唯一的衛(wèi)星導(dǎo)航星地綜合實(shí)驗(yàn)和評(píng)估系統(tǒng)。”
未來(lái)，這些“雕刻”時(shí)間的人還將為我國(guó)獨(dú)立自主的星地立體化時(shí)間頻率體系建設(shè)作出更大貢獻(xiàn)。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
相關(guān)文章
熱門(mén)資訊
精彩導(dǎo)讀
關(guān)注我們
