更精微地感知重力(科技自立自强·青年科学家)
为了研制量子重力仪,并让它从实验室走向行业应用,华中科技大学引力中心教授周敏康和团队用了整整15年时间。其间,他和团队成员沉潜专注、精益求精。这台仪器让我国在冷原子干涉重力测量方面实现弯道超车,达到国际先进水平。
早上8点半,华中科技大学引力中心教授周敏康准时来到引力中心实验室,换上白色实验衣后,打开电脑开始了一天的工作。他的身旁,一个圆柱形仪器格外引人注目。
“这是我们交付给中国地震局地震研究所的量子重力仪,能达到微伽水平。”见到记者一脸疑惑,周敏康解释道,“‘伽’是重力加速度单位,为纪念意大利科学家伽利略而命名,我们这台仪器能感知到量级的重力加速度,是微伽级的绝对重力仪。”
为了研制这台量子重力仪,并让它从实验室走向行业应用,周敏康和团队用了整整15年时间。作为我国首台为行业部门研制的量子重力仪,这台仪器让我国在冷原子干涉重力测量方面实现弯道超车,达到国际先进水平。
沉潜科研,在山洞里写出第一篇论文
2001年,周敏康来到华中科技大学学习物理学专业。刚进入大学的周敏康,心中并没有特别明确的人生方向。在一堂力学课上,他被教授罗俊所吸引。“罗老师是一个想做事的科学家。”后来,周敏康加入了罗俊和胡忠坤的团队,2004年,他正式进入了华中科技大学引力中心。
引力中心的原子重力仪课题从零起步。一开始,条件简陋,实验室设在华中科技大学喻家山的山洞中,实验室四周全是斑驳的水泥墙,洞里的甬道也都是泥巴路。在导师的带领下,周敏康和同事从“水电工”做起,把山洞里的房间一点点装修成干净的实验室,再跟着前辈们去研究原子重力仪。
到2006年,周敏康和团队正式搭建起原子重力仪的平台,此后,他们的研究每年都能迈一个台阶:2007年能做冷原子实验,2008年可以形成原子喷泉,2009年可以看到原子干涉……实验室在发展,周敏康也在成长,可在引力中心待了6年的周敏康还没有发表一篇研究性论文。
周敏康没日没夜待在山洞里,远离了喧闹,但他却始终坐得住,沉潜科学研究,不感觉辛苦。“我反而觉得很幸运,因为在山洞做实验很安静,震动小,温度也很恒定,很多人还没有我们这个条件呢!”周敏康说,引力中心良好的学术氛围也让他受益匪浅,他不需要担心研究经费的问题,更不需要考虑科研成果考核带来的压力,“我们的研究在国内没有先例可循,哪怕没有论文,也能得到导师和团队的认可。”
2010年,周敏康和团队发明了一种在线测量真空里磁场的方法,“我们测量的原子是在真空管内,但它们还是会受到磁场影响,在不破坏真空管的条件下,我们用原子自身量子态对磁场的敏感性测了磁场,然后改正此前测量到的重力的误差。”凭借此项创新性的实验成果,他才真正发表了第一篇研究性学术论文。
脚踏实地,下决心让成果走向行业应用
2011年博士毕业后,周敏康继续留在引力中心做博士后研究,一年之后,他获得了到法国公派留学机会。当时,法国在原子干涉仪方面的研究已经处于全球顶尖水平,这也开阔了周敏康的视野。2013年,华中科技大学引力中心团队研发了一款超高灵敏度重力仪,分辨率达到当时的国际最好水平,这让他很是振奋。“人家做了几十年了,我们才做十几年就有这样的成果,除了引力中心的氛围外,更是国家几十年来对基础研究大量投入的结果。”
回国后,周敏康和团队研究的量子重力仪仍然停留在实验室阶段。“第一代仪器体积很大,几乎占满了整个房间,经过几代更新之后,一些内部装置逐步被改进,仪器的体积也跟着变小。”周敏康说,要让量子重力仪真正做到方便好用,还需要解决很多细小的问题,“隔震”就是其中之一。