作者：王韫绮
拍摄：张继东
“上头了之后就谈不上理智了。”清华大学副教授、北京量子信息科学研究院研究教授丁世谦这样回忆自己当初的科研选择，“真的去理智分析一下，这个选择在当时来看确实是风险很高的。”但他还是一头扎了进去。
2018年决定研究核光钟时，这一领域的发展方向尚不明确，没有成熟路径可循。他本可以选择风险更低的方向，例如依托自己熟悉的激光冷却分子技术开展研究。但他最终选择了一个前人尚未实现、更具原创性也充满未知的方向。
2026年，丁世谦团队研制出世界首批可以运行的核光钟，被认为开启了核钟的新阶段，丁世谦也在今年获得2026世界顶尖科学家奖“青年科学家奖”。在人们的通常认知中，钟是计时工具，而这项突破的意义远不止于此。围绕新成果与科研经历，丁世谦在2026世界顶尖科学家论坛现场接受访谈，讲述了用激光操控原子核的探索历程。
当原子核成为新的钟摆
钟的本质是计时装置，任何周期性活动原则上都可以用来计时。丁世谦解释，从单摆钟到原子钟，人类一直在寻找更加稳定的振荡。原子钟依靠原子内电子跃迁产生的振荡频率，通过计数振荡周期测量时间；而核光钟则把计时依据推进到原子核内部，利用原子核跃迁，并以激光读出振荡。
原子核比原子小了数万倍，跃迁频率更加稳定，核光钟有望比现有原子钟达到更高的准确度。更令物理学家们兴奋的是，人类已知宇宙中存在电磁、引力、强、弱四种相互作用，原子钟只涉及电磁相互作用，而原子核内还有强、弱相互作用。如今，人类第一次有机会以极高精度探测原子核内的相互作用，一个新的测量空间由此打开。
不过，原子光钟发展至今已有20多年，精度已到10⁻¹⁹，而核光钟才刚刚诞生。“目前，我们还没有追求指标，当然指标越高越好，但是更重要的是验证原理上可行。”丁世谦说，“我们实现了一个新的东西，总是让人感觉很兴奋的。”在他看来，正如原子钟只是操控原子带来的应用之一，核光钟也可能是新领域的开端。时间是目前人类测量得最精确的物理量，许多精密测量可以转化为时间或频率测量。例如，如果暗物质将影响核光钟的频率，科学家便可通过比较核光钟与原子钟的频率变化寻找相关信号。导航系统同样将距离测量转化为时间测量，更高精度的计时技术因此具有广阔想象空间。
资源有限，探索不设限
从设想到实现，困难首先来自最基础的实验条件。核光钟需要激光，也需要能够被激光操控的原子核跃迁。目前人类已知唯一可用激光操控的相关跃迁来自钍-229，而丁世谦团队当时手中只有1.4微克。“这是一个极小的数字，一滴水差不多是50毫克，1.4微克是一滴水的几万分之一。”丁世谦介绍。能否把如此微量的材料掺入晶体，搭建核光钟的实验平台，此前并无答案。“我们也只能是赶鸭子上架尝试一下。”他说。
技术上同样存在难题。丁世谦此前从事原子分子光物理研究，熟悉激光实验；但核光钟需要148纳米激光，他进入新领域后发现，连反射镜都成为难题，148纳米波段的反射率只能达到约90%，而可见光波段能轻松达到99.9%。他的办法是目标导向，不预设所有条件必须齐备。“如果这些都有了，怎么会轮到你来做呢？”在他看来，真正有价值的新领域存在困难是必然，研究者能做的就是碰到什么问题，解决什么问题。
资源有限还直接影响了技术路线。团队选择以四波混频方法研制148纳米激光，很大程度上是因为当时所需技术和仪器基本能够掌握；缺少的仪器，则向其他老师借用。丁世谦认为，原创性探索未必总需要庞大资源，小团队反而能够快速尝试、快速试错。当然，目标明确、需要系统投入的研究仍离不开资源支持；而在技术路线尚未收敛的方向上，小团队的自由探索值得尊重和鼓励。
支撑他穿越不确定性的，还有一种近乎本能的乐观。他自称有一种“迷之自信”，这并非对个人能力的自信，而是对人的能力的信任：“只要这个科学问题足够重要，当有大量科学家进到这个领域的时候，总是能解决的。”
“去做自己有热情的事情”
“去做自己有热情的事情。”这是丁世谦对初入科研领域的年轻人最直接的建议。他认为，基础研究往往由兴趣驱动，真正让人愿意长期投入的，是对问题本身的热爱。回顾自己的选择，他本可以在博士后期间积累的激光冷却方向上继续研究，走一条更熟悉、风险更低的路，“但我当时的感觉就是不如核光钟让我感觉有热情。我可以不吃饭不睡觉地干，你要是做一个自己没那么有热情的事情，有时候就感觉浑身没劲。”
丁世谦既强调勇气，也不回避失败的可能。在他看来，社会发展为青年研究者提供了更多选择，高技术企业增多，也让基础研究工作者更有底气尝试真正感兴趣的课题——即使研究没有做成，仍可以转向产业界。“尝试一下，不成就撤。”他说。
丁世谦也把同样的原则用于团队建设。他以令人兴奋的科学目标凝聚年轻人，尊重成员的兴趣，也接受他们在发现不感兴趣后转换方向。他观察到，如今青年科研人员比上一代更愿意追随兴趣，并因此对基础研究的前景保持乐观。核光钟研究仍处在起步阶段，团队接下来还要检验它是否真的更加稳定，继续探索激光操控原子核会发生什么。对丁世谦而言，未知不是需要回避的空白，科研的魅力，恰恰藏在这些尚未揭晓的答案里。
来源：上海科技报
