叶军(Jun Ye):150亿年也不会差一秒的时钟

在科罗拉多州博尔德的一间实验室里,成千上万个锶原子悬浮在激光织成的光格之中,每一个原子每秒滴答数百万亿次。它们组成的这台时钟稳定到了极致:任其运转,约一百五十亿年,也就是大致相当于宇宙的年龄,不会快一秒,也不会慢一秒。造出它的人叶军(Jun Ye)生于上海,童年大部分时光由祖母带大,并在2026年10月1日成为沃尔夫物理学奖得主。

上海,1967

叶军1967年出生于上海。父亲是海军军官,母亲是环境科学家,他的童年大部分时间是和祖母一起度过的。1989年,他在上海交通大学获得物理学学士学位,随后远渡太平洋,前往新墨西哥大学,在马兰·斯卡利(Marlan Scully)指导下,于1991年完成理论量子光学硕士学业。

走廊尽头的诺贝尔奖得主

他转赴科罗拉多大学博尔德分校攻读博士,1997年在约翰·L·霍尔(John L. Hall)指导下毕业;霍尔后来因激光精密测量和频率梳方面的工作,分享了2005年诺贝尔物理学奖。在加州理工学院随杰夫·金布尔(Jeff Kimble)完成密立根博士后研究后,叶军于1999年回到博尔德,加入JILA——科罗拉多大学与美国国家标准与技术研究院的联合研究所,并于2001年成为正式研究员。此后他一直留在那里。

教原子学会计时

原子钟计数的是原子的振动。频率越高、原子越安静,滴答就越精细。叶军把锶原子冷却到接近绝对零度,将它们囚禁在光晶格里——一张由驻波激光光场织成的网格。由于原子几乎一动不动,激光便能长时间探测它们极其稳定的振动,这种振动就成了时钟的节拍。2018年,他的三维量子气体钟在约六小时内达到了千亿亿分之2.5的分数精度。2022年,他的团队用这台时钟,在仅有一毫米高的样品上测量了爱因斯坦(Einstein)的引力红移,亲眼看到时间在底部比在顶部走得慢了那么一丝一毫。

这样的时钟不是稀奇古怪的玩物。它们让卫星导航和通信更加精确,能感知引力和磁场的微小变化,还能检验自然界的常数是否真的恒定。他也研究频率梳和量子信息。

荣誉

叶军2007年获得原子、分子与光物理领域的I·I·拉比奖,2011年当选美国国家科学院院士,2015年获总统级别卓越奖(Presidential Rank Award),2019年获诺曼·F·拉姆齐奖,还获得基础物理学突破奖(2021年公布,与香取秀俊(Hidetoshi Katori)共同获得),并在2022年获颁尼尔斯·玻尔研究所荣誉奖章。2018年他出镜于Netflix纪录片《The Most Unknown》。在美国国家标准与技术研究院,他拥有五枚商务部金质奖章。

为什么说叶军是天才

叶军把一门安静得近乎不可能的学科,变成了在实验室里测量时空形状的工具。大多数科学家追逐新现象;叶军追逐的是更小的误差棒,一次又一次,直到误差棒本身成了发现。他的时钟不只是报时。它们以无人敢想的精度,告诉我们宇宙是如何计时的。