新智元报道
沃尔夫物理学奖揭晓:华人科学家叶军获奖,系48年来第二位
10月1日晚,2026年沃尔夫物理学奖正式揭晓。华人物理学家叶军与德国物理学家伊曼努尔·布洛赫(Immanuel F. Bloch)共同获奖。
这是沃尔夫物理学奖设立48年来,第二次颁给华人科学家。上一位获此殊荣的是1978年首届得主吴健雄。
沃尔夫基金会评价称,两人把实验物理带进了过去几乎无法操控的领域。授奖词指出:
表彰他们在超冷原子系统调控领域,取得了变革性且具广泛适用性的突破。
鉴于沃尔夫物理学奖素有「诺奖风向标」之称,且距离诺贝尔物理学奖揭晓仅剩数日,这一奖项的归属引发了学界对今年诺奖得主的强烈关注。
极致的精准:从宇宙大爆炸至今误差不到半秒
叶军团队研发的锶原子钟,代表了人类目前最顶尖的时间测量精度。按2024年创下的纪录,该钟在宇宙大爆炸至今的时间跨度内,误差不到半秒。
相比之下,目前定义「一秒」标准的铯原子钟,其振荡频率约为每秒92亿次;而叶军选用的锶原子,振荡频率高达每秒429万亿次,速度快约4.7万倍。更高的频率意味着更密集的刻度,从而带来更高的精度。
攻克原子「乱跑」难题:魔术波长的应用
实现高精度的难点在于原子的热运动。叶军团队通过激光冷却技术,将锶原子降温至接近绝对零度,并利用波长约813纳米的激光形成驻波,构建出「光晶格」。这种特殊波长被称为「魔术波长」,既能牢牢捕获原子,又不会干扰其内部能级跃迁的频率。
该方案由日本物理学家香取秀俊最早提出,叶军团队将其性能推至极限。
十年间,叶军的锶原子钟精度从约50亿年差一秒,提升至约390亿年差一秒
验证广义相对论:分辨毫米级时间差
随着精度的提升,叶军团队的原子钟已能探测到极微小的引力红移效应。
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2015年,提升至150亿年差一秒,超过宇宙年龄;
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2022年,在一毫米高的原子云中,成功分辨出顶部和底部的时间流速差异,验证了广义相对论;
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2024年,系统不确定度降至8.1×10⁻¹⁹,创下约390亿年差一秒的世界纪录,并首次将钍-229原子核跃迁频率与原子钟直接连接,精度提升百万倍。
成长之路:从不识字的外婆到诺奖导师门下
叶军1967年生于上海,童年主要在绍兴由外婆抚养。沃尔夫基金会的介绍中提及一个动人细节:不识字的外婆给予他充分的自由,提供铅笔和本子让他随意涂鸦,这成为他早期创造力的启蒙。
叶军在中学时期受物理老师鼓励参加竞赛,从此投身实验物理。1989年毕业于上海交通大学,1997年在科罗拉多大学获得博士学位,其导师正是2005年诺贝尔物理学奖得主John L. Hall。
此后,叶军长期任职于美国国家标准与技术研究院(NIST)及JILA研究所。2011年当选美国国家科学院院士,2017年当选中国科学院外籍院士。2022年,他与香取秀俊共同获得基础物理学突破奖。
量子模拟先驱:布洛赫的「人造晶体」
另一位获奖者伊曼努尔·布洛赫,同样师承诺奖得主Theodor W. Hänsch。如果说叶军用光晶格计时,布洛赫则用光晶格「造」物质。
响应费曼关于「用量子系统模拟量子自然」的设想,布洛赫利用激光构建三维光晶格,让原子扮演电子,模拟固体中的量子行为。
2002年,布洛赫在《Nature》发表里程碑式实验:通过调节激光强度,实现了原子从超流体到莫特绝缘体的可逆相变。该成果被视为量子模拟实验的开端,引用次数逾5000次。
2010年,他开发出「量子气体显微镜」,实现了单原子层面的观测。近期,其团队更在该平台上实现了高保真度的量子门操作,拓展了冷原子在量子计算领域的应用。
诺奖风向标:超三分之一得主最终摘得诺奖
据统计,1978年至2025年间,72位沃尔夫物理学奖得主中,有26人后来获得诺贝尔物理学奖,占比约36%。所有这26人均是先获沃尔夫奖或同年获奖。
近年来,Giorgio Parisi(2021年同获两奖)、Ferenc Krausz(2022年获沃尔夫奖,2023年获诺奖)等案例再次印证了这一趋势。
展望诺奖:光晶格钟问鼎可能性极大
今年沃尔夫奖公布时间罕见地调整至10月1日,紧邻诺贝尔奖揭晓日。在各大机构的诺奖预测名单中,叶军与香取秀俊组合一直名列前茅。
两人此前已共同囊括科学突破奖和墨子量子奖等重要奖项。随着叶军拿下沃尔夫奖,光晶格钟技术获得诺贝尔物理学奖的概率进一步增加。
无论最终结果如何,叶军在精密测量物理领域的贡献,已在人类科学史上留下深刻印记。