6月21日，在德國慕尼黑召開的2007年度國際應(yīng)用激光、光電技術(shù)貿(mào)易博覽會上，葉軍被德國科學(xué)促進(jìn)者協(xié)會愛思斯特?阿貝(Ernst Abbe)基金會授予2007年度卡爾?蔡司(Carl Zeiss) 研究獎和2.5萬歐元獎金，以表彰他在飛秒激光和頻率光梳的實(shí)驗(yàn)研究方面取得的卓越成就。卡爾?蔡司研究獎的新聞公告這樣寫道：“葉軍今年只有40歲，但已被國際同行公認(rèn)為光學(xué)領(lǐng)域偉大的人物之一。”

　　卡爾?蔡司研究獎是世界光學(xué)領(lǐng)域最著名的獎項(xiàng)之一，此前不久，因?yàn)椤霸诜€(wěn)定和測量光頻率、控制飛秒激光脈沖和測量分子瞬態(tài)等方面工作中，對提升精密測量的貢獻(xiàn)”，葉軍剛剛榮獲美國物理學(xué)會頒發(fā)的2007年度拉比獎和7500美元的獎金。該獎以1944年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者伊西多?伊薩克?拉比的名字命名，由拉比家族在1989年設(shè)立，每兩年授予一人，以承認(rèn)和鼓勵在獲得博士學(xué)位后10年左右，在原子、分子和光學(xué)物理領(lǐng)域取得杰出成就的研究人員。2001年的諾貝爾獎獲得者埃里克?康奈爾和沃爾夫?qū)?克特勒之前都是拉比獎的獲得者。

　　“2005年，葉軍的博士生導(dǎo)師約翰?霍爾和德國馬普學(xué)會量子光學(xué)研究所所長特奧多爾?漢施獲得諾貝爾物理學(xué)獎，瑞典皇家科學(xué)會將最高貴的科學(xué)桂冠授予以激光為基礎(chǔ)的精確光譜學(xué)測量方法的發(fā)明。”卡爾?蔡司網(wǎng)站介紹說：“如今，在諾獎獲得者工作的基礎(chǔ)上，葉軍發(fā)展出頻率更穩(wěn)定的激光和基于此的測量方法，一躍千里，登上世界物理學(xué)之巔。”

　　站在巨人肩上

　　葉軍1967年11月出生于中國上海，1989年獲得上海交通大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1991年獲得美國新墨西哥大學(xué)物理學(xué)碩士學(xué)位，1997年獲得美國科羅拉多大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位，他的博士導(dǎo)師正是約翰?霍爾。1997至1999年，他在加州理工學(xué)院作博士后研究。

　　做博士是葉軍科學(xué)生命中的重要一步。“回過頭看，比較清晰的物理思想就是在博士階段形成的。”葉軍曾在接受《科學(xué)時報》采訪時說，他在博士階段最大的收獲就是“干實(shí)事”。

　　據(jù)葉軍介紹，霍爾是一位非常優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，他的偉大之處是讓你相信，你能用自己的雙手比別人做得更好。他常說的一句話是“他們能做，但我能做得更好”。

　　“我在他手下學(xué)到的一個最好品德是做事嚴(yán)謹(jǐn)，什么事都要想想人家為什么會那樣做，我們能發(fā)現(xiàn)做得更好的新方法嗎？”葉軍說。

　　葉軍1999年8月回到JILA，建立了自己的實(shí)驗(yàn)室，雖然是獨(dú)立研究，但與約翰?霍爾博士有密切合作。幾年前，霍爾退休時，葉軍接管了他的實(shí)驗(yàn)室。他在霍爾的諾獎成就??解決光梳技術(shù)最關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮了極為重要的作用。

　　所謂的“光梳”是指擁有一系列頻率均勻分布的光頻譜，這些頻譜仿佛一把梳子上的齒或一根尺子上的刻度，光梳可用于測定未知頻譜的具體頻率。1978年，漢斯首次提出光梳的概念，20世紀(jì)末，漢斯、霍爾、葉軍及其他研究人員對光梳技術(shù)進(jìn)行了有效改進(jìn)，測量精度達(dá)小數(shù)點(diǎn)后15位。

　　葉軍要更上一層樓，他和他的博士生、博士后們有一個共同目標(biāo)：做世界上最好的原子鐘。 2006年12月1日出版的《科學(xué)》雜志發(fā)表了他的研究小組的最新突破成就：《在1秒時間范圍內(nèi)光原子的共振》(optical atomic coherence at the 1-Second Time Scale)。美國《新科學(xué)家》雜志預(yù)言：(葉軍的)這臺鍶原子鐘將取代現(xiàn)存于NIST的銫原子鐘，成為世界新的黃金計時標(biāo)準(zhǔn)。

　　卡爾?蔡司研究獎的網(wǎng)站這樣評價葉軍的鍶原子鐘：“從精度和穩(wěn)定性看，他的測量裝置是目前世界上測量光躍遷的鍶原子鐘中最領(lǐng)先的裝置之一。專家們預(yù)測，這臺鐘測量時間的精度比目前保存在美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)局中的銫原子鐘更準(zhǔn)確……其準(zhǔn)確率相當(dāng)于7000萬年差一秒。”

　　站在巨人的肩上，葉軍有更大的夢想：“我在加州理工學(xué)院做博士后時受到不同風(fēng)格的影響，受益很多。我的博士后導(dǎo)師吉夫?金博教授強(qiáng)調(diào)新思想和創(chuàng)造性思維。霍爾是很厲害的實(shí)驗(yàn)學(xué)家，金博是偉大的思想家，我希望自己能學(xué)到這兩位導(dǎo)師最優(yōu)秀的品質(zhì)。這是每個人都可以有的夢想！”

　　光陰的故事

　　“我現(xiàn)在這一分鐘是經(jīng)過了過去無數(shù)億萬分鐘才出現(xiàn)的，世上再沒有比這一分鐘和現(xiàn)在更好。”

　　如果將詩中的“這一分鐘”換為“這一秒鐘”，那么詩人惠特曼的這句詩似乎可以形容葉軍今天的心情，因?yàn)樗隽似駷橹故澜缟献詈玫臅r鐘。

　　在時間的長河里，1秒只不過時鐘里簡單的一聲“滴答”。但對物理學(xué)家來說，對這一“滴答”聲的定義和測量卻走過了漫長路程：1960年以前，世界度量衡標(biāo)準(zhǔn)會議以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)，定義平均太陽日之1/86400為秒的定義，即1秒是1/60分鐘，1分鐘是1/60小時，而1小時則是1/24天，因此，1秒等于1天的1/86400。但是，因?yàn)榈厍虻倪\(yùn)轉(zhuǎn)速度及與太陽的距離在改變，所以，?個正午至第二個正午的時間，并非都一樣長。

　　1960年至1967年間，世界度量衡標(biāo)準(zhǔn)會議改以地球公轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)，定義1900年為平均太陽年，秒的定義更改為“太陽年之31556925.9747分之一”。

　　在1967年召開的第13屆國際計量學(xué)大會上，秒的定義進(jìn)入原子時代：1秒鐘被定義為銫原子電子9192631770次的固有微小振蕩頻率，這個標(biāo)準(zhǔn)一直沿用至今。根據(jù)量子原理，同一原子的電子在不同能量態(tài)之間躍遷時所釋放的電磁波是恒定的，所以可以用這種頻率作為時間間隔的精確依據(jù)。

　　時間測量的精度也在不斷提高。1350年，第一座機(jī)械鬧鐘出現(xiàn)在德國。1583年，伽利略發(fā)現(xiàn)單擺的擺動周期與振幅無關(guān)，這是時鐘歷史上的一大進(jìn)步。1656年，荷蘭天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家惠更斯提出了單擺原理并制作了第一座自擺鐘，從此，時鐘誤差可以秒來計算。到1762年，最好的機(jī)械表已經(jīng)能夠達(dá)到每3天才差1秒鐘的精度，但在航空、航海和物理學(xué)研究領(lǐng)域還需要更精確的計時。

　　1945年，美國紐約哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)家拉比提出用原子束磁共振技術(shù)來做原子鐘的概念。1948年，NIST用氨分子作為磁振源，制成了世界上第一臺原子鐘。1952年，NIST制成第一臺銫原子鐘，將之命名為NBS-1(是以當(dāng)時的美國國家標(biāo)準(zhǔn)局〈National Bureau of Standards〉命名，簡稱NBS)，這一命名規(guī)則一直延續(xù)到1975年的NBS-6。現(xiàn)在存放于NIST的銫原子鐘為NIST-F1，精度為3000萬年差一秒。

　　還有沒有比這更精確的時鐘呢？物理學(xué)家們上下求索。鍶原子能級躍遷的速度比銫原子快1000倍，從理論上講，鍶原子鐘比銫原子鐘更準(zhǔn)確，但是，鍶原子鐘制作落后于銫原子鐘，因?yàn)闇y量頻率如此之快的“滴答”聲非常困難。

　　葉軍做到了。為了建造更準(zhǔn)確的鍶鐘，他的小組用激光束創(chuàng)建了一個電磁波晶格，將鍶原子捕獲在這個晶格中，然后，用另外一束探測激光照耀在晶格上，調(diào)整這束激光的頻率直至它與鍶原子電子的振蕩一致。這種激光的共振可以被測量出來，從而提供了一種新的時間測量基準(zhǔn)。

　　采用同樣的原理，日本科學(xué)家曾在2005年創(chuàng)建出一臺鍶原子鐘，但是這臺鐘對頻率的測量誤差為27赫茲。葉軍的研究小組建造了更穩(wěn)定的激光晶格，能夠讓光晶格更牢固，從而阻止鍶原子因移動而干擾信號，他們的最新成果發(fā)表在2007年3月出版的《物理評論快報》(Physical Review Letters)上，其頻率的不確定性被減小到0.4赫茲, 測量誤差減小到1.1赫茲。

　　“將小數(shù)點(diǎn)往后移一位，

　　你就會發(fā)現(xiàn)新的真理”

　　以前，卡爾?蔡司研究獎都頒發(fā)給具有很強(qiáng)應(yīng)用前景的研究項(xiàng)目，如對眼睛的光力學(xué)治療技術(shù)或藍(lán)光二極管的發(fā)明，但2007年度的獲獎成果卻是純粹的基礎(chǔ)研究。

　　“葉軍的這項(xiàng)工作至今還沒有工業(yè)應(yīng)用的概念。但他在諾貝爾獎獲得者工作上拓展出的速度和實(shí)驗(yàn)技術(shù)讓我們深深著迷，而且他已經(jīng)將這一成果應(yīng)用到了相關(guān)研究領(lǐng)域。”卡爾?蔡司公司研究和技術(shù)部高級副總裁Augustin Siegel 在解釋評審委員會的決定時說。

　　我們?yōu)槭裁葱枰绱烁呔鹊臅r鐘？它對人類的日常生活有什么影響？

　　Siegel 說：“這在遠(yuǎn)距離的搖控導(dǎo)航中尤其重要。計時越準(zhǔn)確，目標(biāo)的定位就越精確。”比如，鍶原子鐘可用于做更好的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)，對30多年前發(fā)射的航行者1號進(jìn)行導(dǎo)航。

　　精確計時還可用于對宇宙常數(shù)進(jìn)行重新測量。2006年，physorg.com在評價葉軍的超精確測量實(shí)驗(yàn)工作時曾指出：“這將有助于科學(xué)家們檢驗(yàn)自然界中的精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)從宇宙形成初期到現(xiàn)在130多億年的時間是否在變。”“因?yàn)榫?xì)結(jié)構(gòu)常在很多物理領(lǐng)域得到應(yīng)用，所以對它的測量是檢驗(yàn)已有物理理論是否一致的一種方法。”

　　葉軍說：“我相信一句在美國物理學(xué)界廣泛流傳的話：將小數(shù)點(diǎn)往后移一位，你就會發(fā)現(xiàn)新的真理。小數(shù)點(diǎn)往后移一位，代表物理實(shí)驗(yàn)的精確度又增加了10倍，這個時候，往往就會看到微觀世界的一些現(xiàn)象并不是以前的定理所描述的，需要修正，這就鼓勵科學(xué)家想出新的物理辦法、新的實(shí)驗(yàn)方法，怎么才能將小數(shù)點(diǎn)往后移一位。”

　　基本物理常數(shù)真的在變嗎？

　　葉軍說：“宇宙大爆炸理論認(rèn)為，宇宙開始是一個無限小的奇點(diǎn)，突然爆炸后產(chǎn)生今天的世界，變化那么大，當(dāng)時的常數(shù)有可能與現(xiàn)在的常數(shù)不一樣。但高能物理又想將愛因斯坦的相對論引力場與量子力學(xué)結(jié)合起來，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)模型，大家去作不同的修正，在修正過程中會用不同的理論和常數(shù)，但怎樣檢驗(yàn)理論對不對呢？其中一個就是用基本常數(shù)來測量，如果真正測量出這些微小變化的量，那么會影響到我們對整個宇宙的理論。這是很基本的吧！”

　　時間測量的精度能夠再往后移幾位呢？葉軍相信他們的實(shí)驗(yàn)室能進(jìn)一步提高光晶格陷阱的穩(wěn)定性。他希望自己創(chuàng)建的時鐘精度要比NIST今天的銫原子鐘好100倍。

　　“我想做大自然能夠讓人類做到的最精確的測量。我希望探索被海森堡測不準(zhǔn)原理限制著的東西，而不是被人為的東西所限制；我希望我們做的每個實(shí)驗(yàn)都能達(dá)到大自然最基本的極限。我們現(xiàn)在還沒有做到這一點(diǎn)，還有很多路要走。但，這是件好事情。”葉軍說。

　　葉軍資料：

　　學(xué)歷：

　　1989年獲得上海交通大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)學(xué)士學(xué)位；

　　1991年獲得美國新墨西哥大學(xué)物理學(xué)碩士學(xué)位；

　　1997年獲得美國科羅拉多大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位。

　　經(jīng)歷：

　　1997~1999年 美國加州理工學(xué)院做博士后研究；

　　1999~2004年 美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)局物理學(xué)家；

　　1999~至今任美國科羅拉多大學(xué)物理系助理教授、副教授、教授；

　　1999年~至今任國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)與科羅拉多大學(xué)聯(lián)合建立的實(shí)驗(yàn)天體物理實(shí)驗(yàn)室地(JILA)助理研究員，研究員；

　　2004 ~至今任美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)局院士 (Fellow)。

　　獲得榮譽(yù)：

　　2007年德國卡爾?蔡司研究獎

　　2007年度美國物理學(xué)會拉比獎

　　2006年度美國光學(xué)學(xué)會威廉?梅格斯獎(William F. Meggers　Awards)

　　2006年度美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)局Stratton獎(Samuel Wesley Stratton Award)

　　2006年度德國亞歷山大?馮?洪堡基金會析弗里德里希?威廉?貝塞爾研究獎(Friedrich Wilhem Bessel Research Award)

　　2006年，美國光學(xué)學(xué)會會士

　　2005年，技術(shù)發(fā)明一等獎

　　2005年，美國物理學(xué)會會士

　　2005年，美國聯(lián)邦政府頒發(fā)的阿瑟?弗萊明獎(Arthur S. Flemming Award)

　　2003年，美國總統(tǒng)科學(xué)和工程學(xué)早期職業(yè)獎

　　2002年，入選美國《技術(shù)評論雜志》100位頂尖年輕創(chuàng)新者

　　2001年，美國商業(yè)部金獎(團(tuán)隊)