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國家授時(shí)中心：我國唯一的專門、全面從事時(shí)間頻率研究的科研機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)北京時(shí)間的產(chǎn)生、保持和發(fā)播。自上世紀(jì)60年代起，一代代科研人員扎根陜西臨潼，接續(xù)奮斗，通過對授時(shí)服務(wù)系統(tǒng)的研發(fā)和升級，不斷校準(zhǔn)“北京時(shí)間”，有力地助推了我國各領(lǐng)域科學(xué)研究和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。
一秒鐘，是手表秒針的一聲“滴答”；在秒以下按千分之一逐級遞減，還有毫秒、微秒、納秒、皮秒、飛秒、仄秒等時(shí)間計(jì)量單位。
“1納秒是十億分之一秒。北京時(shí)間與國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的偏差從2013年就縮小到10納秒；2017年以來，一直小于5納秒。達(dá)到這樣的水平非常不容易。”中國科學(xué)院國家授時(shí)中心主任、首席科學(xué)家張首剛說。
走進(jìn)中科院國家授時(shí)中心的時(shí)間頻率基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，顯示屏上的時(shí)間數(shù)字有節(jié)奏地變動(dòng)著……事實(shí)上，我們?nèi)粘Ｊ褂玫膰覙?biāo)準(zhǔn)時(shí)間“北京時(shí)間”，是從這里——陜西臨潼產(chǎn)生并發(fā)播到全國各地。
性能先進(jìn)的冷原子銫噴泉鐘、冷原子鍶光鐘，國際首款激光抽運(yùn)小銫鐘產(chǎn)品，世界體積最小的高性能微型原子鐘……一心在一藝，中科院國家授時(shí)中心量子頻標(biāo)研究團(tuán)隊(duì)近百人默默堅(jiān)守、傾盡全力，持續(xù)校準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間……
“許多行業(yè)的發(fā)展對時(shí)間精度的需求越來越高，我們對原子鐘的研制也就沒有盡頭”
原子鐘跟我們?nèi)粘Ｉ罾锏溺姴⒉灰粯?。走進(jìn)國家授時(shí)中心的“銫原子噴泉鐘實(shí)驗(yàn)室”，首先映入眼簾的是一個(gè)近2米高的桶狀物理系統(tǒng)，研究員阮軍正調(diào)試著這架精密儀器——銫原子噴泉鐘……
原子鐘分守時(shí)型原子鐘和基準(zhǔn)型原子鐘。守時(shí)型原子鐘環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能夠常年連續(xù)可靠運(yùn)行，用于連續(xù)產(chǎn)生和記錄時(shí)間信號?；鶞?zhǔn)型原子鐘則更為精準(zhǔn)，原子內(nèi)部有不同的能級，當(dāng)原子在兩個(gè)能級間躍遷時(shí)，將吸收或釋放固定頻率的電磁波。通過調(diào)整和控制外界電磁場振蕩頻率，躍遷概率始終保持最大，使得外加電磁場振蕩頻率和原子輻射或吸收電磁波頻率一樣，從而獲得更加精準(zhǔn)的時(shí)間頻率。
“北京時(shí)間使用了40多臺(tái)連續(xù)運(yùn)行的不同類型的守時(shí)型原子鐘，綜合產(chǎn)生穩(wěn)定的原子時(shí)。然后，利用這臺(tái)銫原子噴泉鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，產(chǎn)生既穩(wěn)定又準(zhǔn)確的原子時(shí)。”銫原子噴泉鐘是目前世界上最好的基準(zhǔn)型原子鐘。阮軍說，“我們的工作就是讓原子鐘的性能更加優(yōu)異。”
為什么要用“更加”這個(gè)詞？他笑道，“許多行業(yè)的發(fā)展對時(shí)間精度的需求越來越高，我們對原子鐘的研制也就沒有盡頭。”一臺(tái)鐘、10平方米，他已經(jīng)“守”了16年。
這幾日，阮軍想見到自己讀博期間的導(dǎo)師張首剛并不容易：張首剛不是守在實(shí)驗(yàn)室，就是奔波在全國各地；辦公室一角，立著一個(gè)小而舊的旅行箱。只要不出差，他辦公室的燈光會(huì)亮到凌晨，十幾年來皆是如此……
“授時(shí)服務(wù)系統(tǒng)是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施工程，時(shí)間的精密測量是一些科學(xué)研究的基石。”張首剛說，“比如，廣播電視發(fā)播控制需要毫秒級精度，4G通信的基站同步需要微秒級精度，衛(wèi)星導(dǎo)航需要納秒級精度。”
“為國家做一臺(tái)自己的銫原子噴泉鐘”，是張首剛一直以來的夢想……
2005年，張首剛留學(xué)歸國，從一個(gè)人、一顆螺絲釘開始，組建起一支量子頻標(biāo)研究團(tuán)隊(duì)。阮軍是張首剛回國后指導(dǎo)的第一個(gè)博士生。“讀博之前我是學(xué)物理理論的，很少動(dòng)手做復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)。一開始參與這么精密的設(shè)備研制，好像所有的儀器都在跟自己作對似的。”阮軍說。
讓科學(xué)原理“落地”，要付出難以想象的心血。“比如，微波輻射性強(qiáng)，哪怕器件泄漏比手機(jī)信號微弱幾萬倍的信號，也會(huì)影響原子內(nèi)部能級，導(dǎo)致原子鐘的準(zhǔn)確度變差。如何減少微波泄漏，一度成為課題組最頭疼的問題。經(jīng)過多次研討和大量實(shí)驗(yàn)，我們最終選擇了通過銦絲密封6處接口的方案。但如果其中一處存在問題，我們都需要重新裝配。”阮軍說，“僅僅這一環(huán)節(jié)，就花了我們一年半的時(shí)間；而一臺(tái)鐘的制造，要經(jīng)歷成百上千個(gè)類似這樣的精細(xì)環(huán)節(jié)。”
問題疊著問題，是授時(shí)團(tuán)隊(duì)面臨的常態(tài)。課題難以突破的時(shí)候，阮軍會(huì)開車到秦嶺腳下轉(zhuǎn)一圈，給自己放空一兩個(gè)小時(shí)，然后再重新扎進(jìn)工作中，“曾經(jīng)也陷入過自我懷疑，但后來心態(tài)好了很多。問題是無窮無盡的，每一點(diǎn)進(jìn)步都值得歡喜。”阮軍說。
“默默無聞，專心致志，老一輩的精神時(shí)刻激勵(lì)著我們，一定要把接力棒好好接住”
“我們的量子頻標(biāo)研究團(tuán)隊(duì)成員平均年齡在三四十歲，新一代風(fēng)華正茂，但老一輩的工作態(tài)度、精神風(fēng)范，時(shí)刻影響著我們……”張首剛說，在國家授時(shí)中心的發(fā)展歷程中，有很多令人感動(dòng)的故事和人物，81歲的前陜西天文臺(tái)（國家授時(shí)中心的前身）臺(tái)長漆貫榮就是其中之一……
“就算一塊石頭一塊石頭地搬，也要搬出一座天文臺(tái)。”漆貫榮向年輕人這樣講述授時(shí)臺(tái)的建設(shè)過程。1966年，國家決定在陜西蒲城建設(shè)專用無線電短波授時(shí)臺(tái)，也就是陜西天文臺(tái)。一批科學(xué)家和大學(xué)生從北京、上海、南京等地奔赴大西北。漆貫榮是最早參與短波授時(shí)臺(tái)建設(shè)的23名大學(xué)生之一。
“既搞科研，又當(dāng)工人。初到蒲城，我們每人一副帆布手套，卸鋼筋、拉水泥，不分晝夜地工作：沒有吊車，我們就在地上鋪上鋼管，將幾噸重的機(jī)器一點(diǎn)點(diǎn)往前挪；冒嚴(yán)寒、斗酷暑，吃的是冷饃，有時(shí)連個(gè)像樣的菜都沒有，只有醋和鹽……當(dāng)時(shí)，我身高1米78，體重只有120斤，有嚴(yán)重的低血糖。很多同事都有這毛病，遇到同事出差，我們常請他們帶點(diǎn)白糖回來。”漆貫榮回憶。
雖然條件艱苦，年輕的科研人員還是很踴躍，“有個(gè)同學(xué)沒被分配到這里，自己買火車票一路趕來，爭取留在這里工作。”漆貫榮說。
1971年，國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間專用短波授時(shí)臺(tái)正式發(fā)播，我國具備了自主可控的、全國土覆蓋的、連續(xù)可用的陸基無線電授時(shí)能力。緊接著，越來越多的建設(shè)者從全國涌向陜西，為建設(shè)更高精度的無線電長波授時(shí)臺(tái)扎下根來……
“一代代科研工作者選擇扎根在這里，一干就是一輩子。愛國奉獻(xiàn)，是我們的精神底色。”國家授時(shí)中心黨委書記竇忠說。
34歲的副研究員曹明濤去年來到國家授時(shí)中心，現(xiàn)從事量子中繼和量子存儲(chǔ)研究工作。曾有幾家單位想高薪聘請他，都被他婉拒……“我的研究領(lǐng)域相對前沿，在這里，我所學(xué)的本領(lǐng)更能為國家所用。”曹明濤說。
國家授時(shí)中心的老傳統(tǒng)時(shí)時(shí)浸潤著這位年輕的科技工作者。在家屬區(qū)，碰到退休的老研究員們，曹明濤總要迎上去攀談幾句：“一位老前輩跟我講，當(dāng)時(shí)沒有自動(dòng)化的天文觀測設(shè)備，他就用肉眼邊觀測邊記錄，整整持續(xù)5個(gè)小時(shí)，觀測結(jié)束時(shí)腿都有點(diǎn)站不住了……”
曹明濤感慨，“默默無聞，專心致志，老一輩的精神時(shí)刻激勵(lì)著我們，一定要把接力棒好好接??！”
“我們在打造一套空天地立體交叉授時(shí)系統(tǒng)，對科學(xué)研究和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展都有重要意義”
“怎么這時(shí)候想起給我打電話了？”“爸，你最近工作忙，知道你現(xiàn)在肯定是一個(gè)人在辦公室，慰問慰問你嘛……”晚上11點(diǎn)多，女兒的一句問候讓張首剛心里暖流涌動(dòng)……
“跟家里聚少離多是常態(tài)，女兒今年快30歲了，待在一起的時(shí)間可能不到4年。”提起家人，張首剛的眼眶濕潤了……
同事們都夸他有旺盛的精力，但拉開他辦公桌的抽屜一看，里面塞滿了藥盒，“每天都要喝3杯咖啡，但也不能多喝。”張首剛說。
忙，是他們的常態(tài)。
一回到辦公室，副研究員孫富宇馬上換上舒服的拖鞋，他連續(xù)兩周沒睡過一個(gè)囫圇覺了……他參與設(shè)計(jì)制作了世界上第一款激光抽運(yùn)小型銫原子鐘，不僅用于國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生與保持，還應(yīng)用在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、5G通信系統(tǒng)及北極科考任務(wù)上。
“目前，我依然在對這款小銫鐘進(jìn)行改進(jìn)提升。這半個(gè)月要實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一晚上都不能睡，習(xí)慣了。”在孫富宇看來，他的工作永遠(yuǎn)沒有句號。
孫富宇的家人住在30多公里外的西安，他到周末才開車回一趟家。來國家授時(shí)中心工作已5年，他只熟悉從家到單位這一條路。他也常常對家人感到愧疚，但妻子說：“我知道這是你喜歡做的事，更是有意義的事。家里有我，你甩開膀子做，別給自己留遺憾！”孫富宇咧嘴笑：“我覺得自己特別幸福……”
授時(shí)團(tuán)隊(duì)要有打磨細(xì)節(jié)的韌勁。“曾經(jīng)有一臺(tái)噴泉鐘的數(shù)據(jù)異常，一個(gè)多月查找不到原因，后來才發(fā)現(xiàn)是受旁邊一把金屬座椅的影響。”阮軍說。
授時(shí)團(tuán)隊(duì)還要有創(chuàng)新力和想象力。張首剛說：“我們在打造一套空天地立體交叉授時(shí)系統(tǒng)，對科學(xué)研究和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展都有重要意義。”
十幾年來，張首剛帶隊(duì)研制出了9種不同應(yīng)用類型的新型原子鐘，應(yīng)用在眾多基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)中；他們還建立了多手段融合的世界時(shí)測量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了我國世界時(shí)的自主測量。
為了國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間始終擁有基準(zhǔn)型原子鐘進(jìn)行自主校準(zhǔn)，10多年來，量子頻標(biāo)研究團(tuán)隊(duì)已先后研制出性能先進(jìn)的地面冷原子鍶光鐘和車載型冷原子鍶光鐘。光鐘則是更高性能的前瞻性原子鐘，是未來的基準(zhǔn)型原子鐘。理論上，如果能夠長期連續(xù)運(yùn)行，銫原子噴泉鐘6000萬年積累誤差不到1秒，光鐘則是300多億年。當(dāng)下，他們正努力將光鐘送上太空……張首剛說：“將20多立方米的地面光鐘做成不到1立方米的空間光鐘，不僅要滿足環(huán)境和工藝的諸多苛刻要求，還要解決許多技術(shù)難題。”
“國家需要什么，我們就研究什么。”張首剛由衷地說。
為愛國奉獻(xiàn)精神點(diǎn)贊（記者手記）
張首剛說：“我們的量子頻標(biāo)研究團(tuán)隊(duì)是一群可愛的人。”雖然與他們相處時(shí)間不長，記者能感受到團(tuán)隊(duì)成員的那股可愛勁兒：
——有堅(jiān)持，有人說，“遇到難題就麻木，有了突破便驚喜，驚喜過后又會(huì)重新陷入麻木。科研總是伴隨著情緒在麻木和驚喜之間起起落落。”
——有壓力，有人說：“一看到新聞報(bào)道里說別人有突破，我就焦慮，我怎么沒在這塊兒更進(jìn)一步？”
——有坦然，有人說：“我覺得這地方挺好，遠(yuǎn)離大城市，生活上‘低功耗’，能夠一心一意搞研究。”
這份單純的可愛，源于愛國奉獻(xiàn)的精神底色。“國家需要什么，我們就研究什么”，是授時(shí)團(tuán)隊(duì)最質(zhì)樸的想法和原則，正是抱著這樣的信念，才造就了多個(gè)“首次”“首個(gè)”，牢牢守住國家授時(shí)系統(tǒng)安全，讓高精度時(shí)間頻率更好地造福科學(xué)研究和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。他們是可愛的，更是幸福的！
標(biāo)簽： 中科院國家授時(shí)中心 北京時(shí)間 科學(xué)家精神
