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2021/12/25
本期「創新者說」，由科學院物理研究所劉伍明，講述「原子氣體玻色-愛因斯坦凝聚及應用」項目，該項目已榮獲2016年北京市科學技術獎一等獎。
由科學院物理研究所等單位完成的「原子氣體玻色-愛因斯坦凝聚及應用」，屬於物理學中的原子分子物理學領域。
激光冷卻原子並實現玻色一愛因斯坦凝聚（簡稱BEC)是20世紀未物理學的重大進展，1997年以來已有4次諾貝爾物理學獎授予了與冷原子和精密測量相關的科學家。超冷原子BEC具有獨特的量子力學波動性、宏觀量子相干性及人工調控性，是研究量子力學基本問題的重要平台，對發展原子鐘、原子晶元等高新技術具有戰略意義。
創新者說：
劉伍明：
偉大的物理學家愛因斯坦說：「我沒有什麼特別的天賦，我只有強烈的好奇心。」正是好奇心的驅使，他成功地解釋了光電效應，創立了相對論，更大膽地預言了一種新物態——玻色-愛因斯坦凝聚。設想一下，如果物質的溫度降低到接近絕對零度時，即-273.15℃時，會出現什麼狀態呢？這時奇迹出現了，所有的原子似乎都變成了同一個原子，再也分不出你我他了，這就是物質第五態——玻色-愛因斯坦凝聚。和這些年輕的學生一樣，對於玻色-愛因斯坦凝聚我們都懷有強烈的好奇心，並興緻勃勃地與愛因斯坦展開了一場穿越百年的科學對話。十年多來，我們在國際上率先開展了激光冷卻原子的實驗研究，使成為少數最先實現玻色愛因斯坦凝聚的國家之一，解決了量子力學基本理論中的一個難題，此外，我們根據原子凝聚體中原子幾乎不動原理，設計出可移動式冷原子小噴泉鍾，它的準確度相當於1500萬年誤差1秒，而通過建立光晶格鍾理論模型，更發現了鐿原子光晶格鍾精度可以達到137億年誤差不足1秒，這將為超高精度空間時頻網路及下一代空間導航系統奠定基礎。物理學不止代表著深奧、難懂和枯燥，只要保持強烈的好奇心和執著的探究精神，你就會慢慢的體會到物理世界是如此的美妙。
主要創新點
01
提出了超冷原子BEC相變的關鍵判據，建立新的BEC可積模型。在國際上率先開展激光冷原子的實驗研究，使成為少數最先實現BEC的國家之一。提出超冷原子BEC相變的關鍵判據，得到諾貝爾獎獲得者C.E.Wieman教授的高度評價。建立參數可調的BEC可積模型並得到精確解，這是冷原子多體薜定諤方程精確解的最早工作，第一次定量地解釋了W.Ketterle教授茯得2001諾貝爾獎的實驗結果。
02
建立了周期瞬子方法，實現冷原子射頻導引和原子晶元BEC。提出周期瞬子方法來計算在高、低能區都適用的有限溫度量子遂穿，解決了量子力學基本理論中的一個難題。預言冷原子量子隧穿效應，被G.M.Tino教授實驗驗證。首先在國際上實現冷原子射頻導引和原子晶元BEC，得到諾貝爾獎獲得者W.Ketterle教授的高度評價。
03
建造了可移動式冷原子小噴泉鍾，提出光晶格鐘模型。建造了可移動式冷原子小噴泉鍾、超高精度空間冷原子鐘，為超高精度空間時頻網路及下一代空間導航系統奠定基礎。建立了光晶格鍾理論模型，發現鐿原子光晶格鍾可達到運轉137億年誤差不足一秒的精度，比現有的銫原子鐘精確1000倍，為光晶格鍾奠定了基礎。
該成果在Phys.Rev.Lett.發表論文15篇，Phys.Rev.A/B 210篇，SCI他引5778次，10篇代表性論文SCI他引850次，1篇入選SCI高被引論文，1篇入選2009百篇最具影響國際學術論文。
被著名綜述期刊Rev.Mod.Phys.、Phys.Rep.等發表專題評價，應邀撰寫中英文專著共10章，在重要國際學術會議作大會報告50次，其中2010年在第22屆國際原子物理學大會作大會報告，這是科學家首次在這個大會上作邀請報告。
該成果建立超冷原子基本理論，發展冷原子鐘、原子晶元等高新技術，引領並推動了超冷原子物理領域的發展。
本文由「全國科技創新中心」公眾號原創，資料來源北京市科委、北京電視台科教頻道。欲轉載請關注公眾號后直接回復「轉載」，按照要求轉載即視為獲得授權，否則一律舉報。
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