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    面向世界科技前沿,面向國家重大需求,面向國民經濟主戰場,率先實現科學技術跨越發展,率先建成國家創新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設國際一流科研機構。

    ——中國科學院辦院方針

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    中國科學院國家授時中心量子頻標研究團隊——

    全力校準國家標準時間

    2022-06-14 人民日報 原韜雄
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    語音播報

      圖①:漆貫榮近照。宇文思理攝 圖②:孫富宇在做實驗。白浩然攝 圖③:張首剛在實驗室工作。新華社記者 張博文攝 圖④:阮軍在實驗室工作。本報記者 原韜雄攝 圖⑤:曹明濤在實驗室工作。本報記者 原韜雄攝

      人物名片

      國家授時中心:我國唯一的專門、全面從事時間頻率研究的科研機構,負責北京時間的產生、保持和發播。自上世紀60年代起,一代代科研人員扎根陜西臨潼,接續奮斗,通過對授時服務系統的研發和升級,不斷校準“北京時間”,有力地助推了我國各領域科學研究和經濟社會發展。

      一秒鐘,是手表秒針的一聲“滴答”;在秒以下按千分之一逐級遞減,還有毫秒、微秒、納秒、皮秒、飛秒、仄秒等時間計量單位。

      “1納秒是十億分之一秒。北京時間與國際標準時間的偏差從2013年就縮小到10納秒;2017年以來,一直小于5納秒。達到這樣的水平非常不容易?!敝袊茖W院國家授時中心主任、首席科學家張首剛說。

      走進中科院國家授時中心的時間頻率基準實驗室,顯示屏上的時間數字有節奏地變動著……事實上,我們日常使用的國家標準時間“北京時間”,是從這里——陜西臨潼產生并發播到全國各地。

      性能先進的冷原子銫噴泉鐘、冷原子鍶光鐘,國際首款激光抽運小銫鐘產品,世界體積最小的高性能微型原子鐘……一心在一藝,中科院國家授時中心量子頻標研究團隊近百人默默堅守、傾盡全力,持續校準國家標準時間……

      “許多行業的發展對時間精度的需求越來越高,我們對原子鐘的研制也就沒有盡頭”

      原子鐘跟我們日常生活里的鐘并不一樣。走進國家授時中心的“銫原子噴泉鐘實驗室”,首先映入眼簾的是一個近2米高的桶狀物理系統,研究員阮軍正調試著這架精密儀器——銫原子噴泉鐘……

      原子鐘分守時型原子鐘和基準型原子鐘。守時型原子鐘環境適應性強,能夠常年連續可靠運行,用于連續產生和記錄時間信號?;鶞市驮隅妱t更為精準,原子內部有不同的能級,當原子在兩個能級間躍遷時,將吸收或釋放固定頻率的電磁波。通過調整和控制外界電磁場振蕩頻率,躍遷概率始終保持最大,使得外加電磁場振蕩頻率和原子輻射或吸收電磁波頻率一樣,從而獲得更加精準的時間頻率。

      “北京時間使用了40多臺連續運行的不同類型的守時型原子鐘,綜合產生穩定的原子時。然后,利用這臺銫原子噴泉鐘進行校準,產生既穩定又準確的原子時?!变C原子噴泉鐘是目前世界上最好的基準型原子鐘。阮軍說,“我們的工作就是讓原子鐘的性能更加優異?!?/p>

      為什么要用“更加”這個詞?他笑道,“許多行業的發展對時間精度的需求越來越高,我們對原子鐘的研制也就沒有盡頭?!币慌_鐘、10平方米,他已經“守”了16年。

      這幾日,阮軍想見到自己讀博期間的導師張首剛并不容易:張首剛不是守在實驗室,就是奔波在全國各地;辦公室一角,立著一個小而舊的旅行箱。只要不出差,他辦公室的燈光會亮到凌晨,十幾年來皆是如此……

      “授時服務系統是一項重要的基礎設施工程,時間的精密測量是一些科學研究的基石?!睆埵讋傉f,“比如,廣播電視發播控制需要毫秒級精度,4G通信的基站同步需要微秒級精度,衛星導航需要納秒級精度?!?/p>

      “為國家做一臺自己的銫原子噴泉鐘”,是張首剛一直以來的夢想……

      2005年,張首剛留學歸國,從一個人、一顆螺絲釘開始,組建起一支量子頻標研究團隊。阮軍是張首剛回國后指導的第一個博士生?!白x博之前我是學物理理論的,很少動手做復雜的實驗。一開始參與這么精密的設備研制,好像所有的儀器都在跟自己作對似的?!比钴娬f。

      讓科學原理“落地”,要付出難以想象的心血?!氨热?,微波輻射性強,哪怕器件泄漏比手機信號微弱幾萬倍的信號,也會影響原子內部能級,導致原子鐘的準確度變差。如何減少微波泄漏,一度成為課題組最頭疼的問題。經過多次研討和大量實驗,我們最終選擇了通過銦絲密封6處接口的方案。但如果其中一處存在問題,我們都需要重新裝配?!比钴娬f,“僅僅這一環節,就花了我們一年半的時間;而一臺鐘的制造,要經歷成百上千個類似這樣的精細環節?!?/p>

      問題疊著問題,是授時團隊面臨的常態。課題難以突破的時候,阮軍會開車到秦嶺腳下轉一圈,給自己放空一兩個小時,然后再重新扎進工作中,“曾經也陷入過自我懷疑,但后來心態好了很多。問題是無窮無盡的,每一點進步都值得歡喜?!比钴娬f。

      “默默無聞,專心致志,老一輩的精神時刻激勵著我們,一定要把接力棒好好接住”

      “我們的量子頻標研究團隊成員平均年齡在三四十歲,新一代風華正茂,但老一輩的工作態度、精神風范,時刻影響著我們……”張首剛說,在國家授時中心的發展歷程中,有很多令人感動的故事和人物,81歲的前陜西天文臺(國家授時中心的前身)臺長漆貫榮就是其中之一……

      “就算一塊石頭一塊石頭地搬,也要搬出一座天文臺?!逼嶝灅s向年輕人這樣講述授時臺的建設過程。1966年,國家決定在陜西蒲城建設專用無線電短波授時臺,也就是陜西天文臺。一批科學家和大學生從北京、上海、南京等地奔赴大西北。漆貫榮是最早參與短波授時臺建設的23名大學生之一。

      “既搞科研,又當工人。初到蒲城,我們每人一副帆布手套,卸鋼筋、拉水泥,不分晝夜地工作:沒有吊車,我們就在地上鋪上鋼管,將幾噸重的機器一點點往前挪;冒嚴寒、斗酷暑,吃的是冷饃,有時連個像樣的菜都沒有,只有醋和鹽……當時,我身高1米78,體重只有120斤,有嚴重的低血糖。很多同事都有這毛病,遇到同事出差,我們常請他們帶點白糖回來?!逼嶝灅s回憶。

      雖然條件艱苦,年輕的科研人員還是很踴躍,“有個同學沒被分配到這里,自己買火車票一路趕來,爭取留在這里工作?!逼嶝灅s說。

      1971年,國家標準時間專用短波授時臺正式發播,我國具備了自主可控的、全國土覆蓋的、連續可用的陸基無線電授時能力。緊接著,越來越多的建設者從全國涌向陜西,為建設更高精度的無線電長波授時臺扎下根來……

      “一代代科研工作者選擇扎根在這里,一干就是一輩子。愛國奉獻,是我們的精神底色?!眹沂跁r中心黨委書記竇忠說。

      34歲的副研究員曹明濤去年來到國家授時中心,現從事量子中繼和量子存儲研究工作。曾有幾家單位想高薪聘請他,都被他婉拒……“我的研究領域相對前沿,在這里,我所學的本領更能為國家所用?!辈苊鳚f。

      國家授時中心的老傳統時時浸潤著這位年輕的科技工作者。在家屬區,碰到退休的老研究員們,曹明濤總要迎上去攀談幾句:“一位老前輩跟我講,當時沒有自動化的天文觀測設備,他就用肉眼邊觀測邊記錄,整整持續5個小時,觀測結束時腿都有點站不住了……”

      曹明濤感慨,“默默無聞,專心致志,老一輩的精神時刻激勵著我們,一定要把接力棒好好接??!”

      “我們在打造一套空天地立體交叉授時系統,對科學研究和經濟社會發展都有重要意義”

      “怎么這時候想起給我打電話了?”“爸,你最近工作忙,知道你現在肯定是一個人在辦公室,慰問慰問你嘛……”晚上11點多,女兒的一句問候讓張首剛心里暖流涌動……

      “跟家里聚少離多是常態,女兒今年快30歲了,待在一起的時間可能不到4年?!碧崞鸺胰?,張首剛的眼眶濕潤了……

      同事們都夸他有旺盛的精力,但拉開他辦公桌的抽屜一看,里面塞滿了藥盒,“每天都要喝3杯咖啡,但也不能多喝?!睆埵讋傉f。

      忙,是他們的常態。

      一回到辦公室,副研究員孫富宇馬上換上舒服的拖鞋,他連續兩周沒睡過一個囫圇覺了……他參與設計制作了世界上第一款激光抽運小型銫原子鐘,不僅用于國家標準時間產生與保持,還應用在北斗衛星導航系統、5G通信系統及北極科考任務上。

      “目前,我依然在對這款小銫鐘進行改進提升。這半個月要實時記錄實驗數據,一晚上都不能睡,習慣了?!痹趯O富宇看來,他的工作永遠沒有句號。

      孫富宇的家人住在30多公里外的西安,他到周末才開車回一趟家。來國家授時中心工作已5年,他只熟悉從家到單位這一條路。他也常常對家人感到愧疚,但妻子說:“我知道這是你喜歡做的事,更是有意義的事。家里有我,你甩開膀子做,別給自己留遺憾!”孫富宇咧嘴笑:“我覺得自己特別幸?!?/p>

      授時團隊要有打磨細節的韌勁?!霸浻幸慌_噴泉鐘的數據異常,一個多月查找不到原因,后來才發現是受旁邊一把金屬座椅的影響?!比钴娬f。

      授時團隊還要有創新力和想象力。張首剛說:“我們在打造一套空天地立體交叉授時系統,對科學研究和經濟社會發展都有重要意義?!?/p>

      十幾年來,張首剛帶隊研制出了9種不同應用類型的新型原子鐘,應用在眾多基礎設施系統中;他們還建立了多手段融合的世界時測量系統,實現了我國世界時的自主測量。

      為了國家標準時間始終擁有基準型原子鐘進行自主校準,10多年來,量子頻標研究團隊已先后研制出性能先進的地面冷原子鍶光鐘和車載型冷原子鍶光鐘。光鐘則是更高性能的前瞻性原子鐘,是未來的基準型原子鐘。理論上,如果能夠長期連續運行,銫原子噴泉鐘6000萬年積累誤差不到1秒,光鐘則是300多億年。當下,他們正努力將光鐘送上太空……張首剛說:“將20多立方米的地面光鐘做成不到1立方米的空間光鐘,不僅要滿足環境和工藝的諸多苛刻要求,還要解決許多技術難題?!?/p>

      “國家需要什么,我們就研究什么?!睆埵讋傆芍缘卣f。

      為愛國奉獻精神點贊(記者手記)

      張首剛說:“我們的量子頻標研究團隊是一群可愛的人?!彪m然與他們相處時間不長,記者能感受到團隊成員的那股可愛勁兒:

      ——有堅持,有人說,“遇到難題就麻木,有了突破便驚喜,驚喜過后又會重新陷入麻木??蒲锌偸前殡S著情緒在麻木和驚喜之間起起落落?!?/p>

      ——有壓力,有人說:“一看到新聞報道里說別人有突破,我就焦慮,我怎么沒在這塊兒更進一步?”

      ——有坦然,有人說:“我覺得這地方挺好,遠離大城市,生活上‘低功耗’,能夠一心一意搞研究?!?/p>

      這份單純的可愛,源于愛國奉獻的精神底色?!皣倚枰裁?,我們就研究什么”,是授時團隊最質樸的想法和原則,正是抱著這樣的信念,才造就了多個“首次”“首個”,牢牢守住國家授時系統安全,讓高精度時間頻率更好地造??茖W研究和經濟社會發展。他們是可愛的,更是幸福的!

     ?。ㄔd于《人民日報》 2022-06-14 06版)

    打印 責任編輯:侯茜

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