作者:沈湫莎 来源:文汇报 发布时间:2017/4/17 9:53:15
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年轻团队挑战时间空间“极限”

 

在全国15家数理学部国家重点实验室中,华东师范大学精密光谱科学与技术实验室占得一席。夜晚降临,当学生们在丽娃河畔观赏美景时,有一批人在理科楼实验室“挑灯夜战”———对于灵敏度要求极高的实验,在夜晚做,往往是最好的。

这是一个与华东师范大学共同成长的实验室,上世纪50年代建校时,华东师大有个分子光谱教研组,到2000年左右,建成了教育部重点实验室,2009年又挂上了国家重点实验室的牌子。

去年,“国家杰出青年科学基金”获得者吴健从日本、德国留学归来,36岁的他担任重点实验室主任,这也是迄今为止最年轻的国家重点实验室主任。最近,吴健团队自主研制了一套分子多维精密测控平台,已经有多个国外知名课题组慕名来到上海,利用这个平台进行科研工作。

追求高灵敏高精度高分辨

1981年诺贝尔物理学奖得主肖洛、2005年诺贝尔物理学奖得主霍尔都在他们的获奖感言中,表达了对华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室的感谢,因为测量精度、分辨率和灵敏度的每一次提高,都会推动科技向前发展一步。

这是一个在时间、空间、频率、温度上不断追求极限的实验室,他们的目标是“三高”———高灵敏、高精度、高分辨。以时间为例,他们是国内较早和较好地掌握飞秒技术的团队。

飞秒是10的-15次方秒,飞秒与秒的时间差就如同地球到太阳的距离。在这个尺度下,人们能看到分子中原子核的振动,不过想要看到更小的电子和离子的运动,就需要更短的时间尺度———阿秒。

阿秒是10的-18次方秒,如何获得它是世界级难题。

在研究中,把时间转换成空间是惯用手法,吴健团队发现,光子不仅有上下振动,还有左右偏振,光场振动一圈的周期是2.6飞秒,把时间投射到360度上,得出的每度时间是7.2阿秒。2013年,吴健团队首次用光场震动的方式做出了阿秒,成果发表在国际期刊《Nat.Commun》 上。

1秒到底有多长? 对许多人来说这可能是一辈子都没考虑过的问题。“秒”的定义是时间标准的基础,目前通用“秒”的定义是以原子在微波波段上的跃迁为标准的,而“光钟”的定义则是以原子在光波波段上的跃迁为标准的,它的精度比微波钟要高很多。吴健领导的实验室正在做国内最好的光钟,挑战定义时间精度的极限。

用“组合拳”攻克世界级难题

目前,实验室汇聚了59位科研工作者、十几个课题组,近5年来承担的科研任务多达200余项。在这里,每个课题组都“身怀绝技”:有最快的———阿秒团队;有最冷的———用激光法把原子冷却到极度接近绝对零度的纳G(温度单位“卡尔文”)级别,在这个尺度上能获得玻色-爱因斯坦凝聚态;有最懂单光子脾气的———很容易观察光子的能量吸收和变化。由于实验室在速度、频率、冷却、操控方面拥有独树一帜的技术,因此特别善于通过巧妙配置不同的技术解决科学难题,打出漂亮的“组合拳”。

去年,他们攻克了分子精密测量与调控,建立了国际上第一个、也是迄今唯一的“分子强场电子-离子四体符合测量体统”。这个项目就是把实验室中4个各有所长的团队联合到一起攻关———冷原子团队负责“定”住原子;飞秒团队和光梳团队负责分子成像;善于控制单光子的团队负责观察。由于每个团队都能达到世界级水平,做出的科研成果自然也是世界级的。

 
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