王如泉:奮戰在原子物理前沿的青年學者

　　“我們的超冷分子實驗裝置設計是最先進的”，王如泉充滿自信地説，“物理所的裝置具有國際上唯一的高效磁轉移裝置，為未來超冷分子的實驗提供了最好的實驗環境。”

　　王如泉小組于2015年年初成功實現了國內第一個鈉23的BEC，107個BEC原子數和80秒的BEC壽命都處於國際頂尖水準；同樣在2015年成功實現了8fT/√Hz的單通道磁場測量靈敏度，處於國內頂尖和國際一流水準。

　　作為一名青年科研工作者，他的人生軌跡和奮鬥經歷，佐證了“天才出於勤奮”的名言。

　　“1996年我畢業于中國科學技術大學試點班，這個由少年班學院組建的班級，由科大本科生中的尖子生組成，在教學上按照數學系和物理系的標準來進行本科基礎課教學，”他説，如此的學習經歷為未來的研究工作打下堅實的數理基礎。

　　大學畢業後，王如泉拿到了美國耶魯大學的獎學金，進入耶魯大學物理系讀博士。博士期間，師從Mark Kasevich教授從事冷原子物理研究。

　　“Kasevich 教授是1997年諾貝爾物理獎獲得者朱棣文教授最傑出的學生之一。朱棣文獲得諾貝爾獎的關鍵實驗，原子噴泉就是由Kasevich在斯坦福大學讀博士期間完成的，而這一實驗也成為當代最精密的原子鐘——原子噴泉鐘的原型。Kasevich教授在原子干涉儀領域做出了突出貢獻，他創立的基於原子干涉儀的超高靈敏度重力儀和陀螺儀已經成為相應領域靈敏度最高的儀器，受到美國軍方DARPA項目的高度關注和支援。而Kasevich教授的原子干涉儀方案也成為當今各國原子干涉儀方案的標準。”王如泉深深崇敬自己的老師。

　　在耶魯，Kasevich教授為王如泉選擇的方向是玻色—愛因斯坦凝聚（BEC）。BEC是冷原子物理中的頂級難度的實驗，于1995年首次由美國國家標準局和麻省理工學院的小組在銣87和鈉23中實現，很快於2001年就獲得諾貝爾物理獎。

　　而王如泉選擇的鋰7原子的BEC又是BEC領域中最難的實驗之一。由於鋰7原子物理特性的缺陷，當時的世界上只有美國Rice大學和法國巴黎高等師範大學的兩個實驗室在付出了巨大的代價後實現。

　　“為了解決實驗上的難題，我在國際上獨創了mini磁阱這一重要技術，mini磁阱將傳統磁阱的功耗降低了3個數量級，使用不到10瓦的功耗，就獲得了其他實驗室需要幾十千瓦才能獲得的性能，從而完美地解決了鋰7原子BEC實驗的困難，成功地實現了國際上第三個鋰7的BEC。同時，mini磁阱由於其強大的性能和極低的功耗，還是空間站超冷原子實驗的理想選擇。”王如泉説，他的優異表現贏得了老師的讚賞，成為了他最欣賞的學生之一。

　　2006年，王如泉毅然回到中國科學院物理研究所工作。2010年1月，他成功地實現了物理所的第一個BEC，也是國內第5個BEC。物理所的BEC是國內第一台採用了全套自製的鐳射和真空系統的BEC，為超冷原子相關技術國産化積累了豐富的經驗。

　　“同時，物理所的BEC大大提高了單真空腔BEC裝置的性能，實現的105的BEC原子數分別比美國斯坦福大學和美國國家標準局的單腔BEC提高了1到2個數量級。單腔BEC由於其更為簡單的真空和光路系統，為BEC實驗的普及提供了良好的基礎。”王如泉説。

　　由於王如泉在中國科學院物理研究所兢兢業業、開拓進取，他很快就獲得了物理所科技新人獎。

　　“超冷分子研究是近年來原子分子物理研究的前沿領域，分子的固有電偶極矩為量子操控提供了重要的手段，是實現量子計算的理想物理系統。但是，分子由於其非常複雜的能級結構，很難實現鐳射冷卻，從而使分子的量子簡並一直沒有實現。” 王如泉瞄準了這一前沿領域。

　　2008年，美國國家標準局的葉軍教授和D.S.Jin教授合作，利用超冷的銣87原子和鉀40原子合成了基態的鉀銣分子，並得到了超冷的鉀銣分子氣體。但是，由於鉀銣分子的穩定性問題，進一步的蒸發冷卻一直未能實現。人們很快注意到，如果選擇鈉23原子和鉀40原子，就可以克服這一困難。

　　目前，有美國麻省理工學院，德國馬克思—普朗克研究所等多家國際一流大學和研究機構在這一方案上努力，有望在幾年之內實現這一原子分子物理領域的里程碑式的工作。

　　“我們小組也加入了這一研究方向，並於2015年年初成功實現了國內第一個鈉23的BEC，107個BEC原子數和80秒的BEC壽命都處於國際頂尖水準。” 王如泉很快取得了突破。

　　2003年，美國普林斯頓大學Romalis小組在鐳射泵浦原子磁力儀領域取得了重要突破。他們利用無自旋碰撞遲豫機制（SERF），將傳統的光泵原子磁力儀的靈敏度提高了2個數量級，和超導量子干涉器件（SQUID）一起，成為靈敏度最高的磁場計。

　　鋻於超高靈敏度磁場計在反潛、探礦和醫學領域的重要應用價值，王如泉小組是國內最早跟蹤此方向的小組。在極為有限的經費和人員支援基礎上，經過幾年努力，他們在2015年成功實現了8fT/√Hz的單通道磁場測量靈敏度，達到了普裏斯頓小組的水準，處於國內頂尖和國際一流水準。

　　一次次挑戰世界難題，一次次攀登世界高峰，一次次又取得了突破，在中國的原子物理前沿領域，王如泉前途無量。讓我們期望王如泉大展身手，為國家的原子物理貢獻更大的力量。（張敏）