為了研制量子重力儀，并讓它從實驗室走向行業(yè)應(yīng)用，華中科技大學(xué)引力中心教授周敏康和團(tuán)隊用了整整15年時間。其間，他和團(tuán)隊成員沉潛專注、精益求精。這臺儀器讓我國在冷原子干涉重力測量方面實現(xiàn)彎道超車，達(dá)到國際先進(jìn)水平。
早上8點半，華中科技大學(xué)引力中心教授周敏康準(zhǔn)時來到引力中心實驗室，換上白色實驗衣后，打開電腦開始了一天的工作。他的身旁，一個圓柱形儀器格外引人注目。
“這是我們交付給中國地震局地震研究所的量子重力儀，能達(dá)到微伽水平?！币姷接浾咭荒樢苫?，周敏康解釋道，“‘伽’是重力加速度單位，為紀(jì)念意大利科學(xué)家伽利略而命名，我們這臺儀器能感知到量級的重力加速度，是微伽級的絕對重力儀?！?/p>
為了研制這臺量子重力儀，并讓它從實驗室走向行業(yè)應(yīng)用，周敏康和團(tuán)隊用了整整15年時間。作為我國首臺為行業(yè)部門研制的量子重力儀，這臺儀器讓我國在冷原子干涉重力測量方面實現(xiàn)彎道超車，達(dá)到國際先進(jìn)水平。
沉潛科研，在山洞里寫出第一篇論文
2001年，周敏康來到華中科技大學(xué)學(xué)習(xí)物理學(xué)專業(yè)。剛進(jìn)入大學(xué)的周敏康，心中并沒有特別明確的人生方向。在一堂力學(xué)課上，他被教授羅俊所吸引?！傲_老師是一個想做事的科學(xué)家?！焙髞?，周敏康加入了羅俊和胡忠坤的團(tuán)隊，2004年，他正式進(jìn)入了華中科技大學(xué)引力中心。
引力中心的原子重力儀課題從零起步。一開始，條件簡陋，實驗室設(shè)在華中科技大學(xué)喻家山的山洞中，實驗室四周全是斑駁的水泥墻，洞里的甬道也都是泥巴路。在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下，周敏康和同事從“水電工”做起，把山洞里的房間一點點裝修成干凈的實驗室，再跟著前輩們?nèi)パ芯吭又亓x。
到2006年，周敏康和團(tuán)隊正式搭建起原子重力儀的平臺，此后，他們的研究每年都能邁一個臺階：2007年能做冷原子實驗，2008年可以形成原子噴泉，2009年可以看到原子干涉……實驗室在發(fā)展，周敏康也在成長，可在引力中心待了6年的周敏康還沒有發(fā)表一篇研究性論文。
周敏康沒日沒夜待在山洞里，遠(yuǎn)離了喧鬧，但他卻始終坐得住，沉潛科學(xué)研究，不感覺辛苦?！拔曳炊X得很幸運，因為在山洞做實驗很安靜，震動小，溫度也很恒定，很多人還沒有我們這個條件呢！”周敏康說，引力中心良好的學(xué)術(shù)氛圍也讓他受益匪淺，他不需要擔(dān)心研究經(jīng)費的問題，更不需要考慮科研成果考核帶來的壓力，“我們的研究在國內(nèi)沒有先例可循，哪怕沒有論文，也能得到導(dǎo)師和團(tuán)隊的認(rèn)可?！?/p>
2010年，周敏康和團(tuán)隊發(fā)明了一種在線測量真空里磁場的方法，“我們測量的原子是在真空管內(nèi)，但它們還是會受到磁場影響，在不破壞真空管的條件下，我們用原子自身量子態(tài)對磁場的敏感性測了磁場，然后改正此前測量到的重力的誤差?！睉{借此項創(chuàng)新性的實驗成果，他才真正發(fā)表了第一篇研究性學(xué)術(shù)論文。
腳踏實地，下決心讓成果走向行業(yè)應(yīng)用
2011年博士畢業(yè)后，周敏康繼續(xù)留在引力中心做博士后研究，一年之后，他獲得了到法國公派留學(xué)機會。當(dāng)時，法國在原子干涉儀方面的研究已經(jīng)處于全球頂尖水平，這也開闊了周敏康的視野。2013年，華中科技大學(xué)引力中心團(tuán)隊研發(fā)了一款超高靈敏度重力儀，分辨率達(dá)到當(dāng)時的國際最好水平，這讓他很是振奮?！叭思易隽藥资炅?，我們才做十幾年就有這樣的成果，除了引力中心的氛圍外，更是國家?guī)资陙韺A(chǔ)研究大量投入的結(jié)果。”
回國后，周敏康和團(tuán)隊研究的量子重力儀仍然停留在實驗室階段?！暗谝淮鷥x器體積很大，幾乎占滿了整個房間，經(jīng)過幾代更新之后，一些內(nèi)部裝置逐步被改進(jìn)，儀器的體積也跟著變小?！敝苊艨嫡f，要讓量子重力儀真正做到方便好用，還需要解決很多細(xì)小的問題，“隔震”就是其中之一。
“地球有很多我們察覺不到的微小震動，只有把這些震動隔開，才能更精準(zhǔn)地測量到地球的重力加速度?！敝苊艨岛蛨F(tuán)隊計算后發(fā)現(xiàn)，要將外界的震動頻率降低到1赫茲以下，需要在重力儀里放置1000米長的減震彈簧。
于是，在查閱了大量相關(guān)的文獻(xiàn)后，周敏康和團(tuán)隊最終研發(fā)出了一個超低頻的主動隔震裝置，“這個裝置大小還不到0.5立方米，但是能等效于1000米彈簧所帶來的減震效果。”周敏康說，啃下了這塊“硬骨頭”后，原子重力儀的測量有望適用于山地、市區(qū)和郊區(qū)等多種環(huán)境，原子重力儀走出實驗室逐漸成為可能。
在周敏康和團(tuán)隊研發(fā)原子重力儀時，我國許多行業(yè)測量重力的設(shè)備還需從國外進(jìn)口，“那些設(shè)備一臺就需要600多萬元，維修一次也要幾十萬元。”周敏康說，從2015年起，他和團(tuán)隊決定將研究重點放在量子重力儀的工程實現(xiàn)上。
錨定目標(biāo)，提升我國重力測量水平
確定方向后，周敏康和團(tuán)隊不斷將量子重力儀小型化，將其中的零部件集成起來，“要達(dá)到行業(yè)應(yīng)用，就需要在許多方面與國際水平持平?！苯?jīng)過技術(shù)突破，引力中心團(tuán)隊研制的量子重力儀越來越精巧，占地面積也從4平方米縮小到2平方米。
2017年，華中科技大學(xué)引力中心團(tuán)隊帶著他們最新研制的儀器來北京參展?！爱?dāng)時參展的重力儀來自全球多個國家，原理和大小都不一樣，我們的儀器雖然不是最小的，但精度卻很高?！敝苊艨嫡f，正因為高精度的優(yōu)勢，他們被中國地震局地震研究所關(guān)注，該所隨后就和他們訂購了一臺量子重力儀。
獲得第一個訂單后，周敏康和團(tuán)隊的研發(fā)動力更足了，“我們自己做研究和交給別人用是兩碼事，還需對儀器進(jìn)行更新。”2021年1月，引力中心團(tuán)隊將研制的實用化高精度銣原子絕對重力儀裝備成功交付給中國地震局地震研究所，這時的量子重力儀占地面積只有0.6平方米左右。交付后的儀器，除了能進(jìn)行高精度重力測量，還能應(yīng)用于水文學(xué)、地震學(xué)以及探測縫隙、滲坑、隧道和空腔的土木工程項目。“今后我們國家測量絕對重力不需要依賴進(jìn)口了。”周敏康自豪地說。
研究過程中，周敏康和團(tuán)隊成員也遇到不少困難，“說實話，問題有很多，但是做了這么多年的研究，我們積累了足夠的經(jīng)驗和耐心，總能想到解決的辦法?！被貞涀哌^的科研道路，周敏康很坦然，“我們引力中心有‘創(chuàng)新、吃苦、團(tuán)隊’的文化，做到了這些，就敢于面對任何困難，也總會收獲科研的果實?！?/p>
談到未來，周敏康已有清晰的規(guī)劃，在致力于量子重力儀實際應(yīng)用的同時，他想更多回歸科研創(chuàng)新與人才培養(yǎng)，“下一步，我們還要在重力測量的精度上實現(xiàn)突破，先從基礎(chǔ)原理研究起，再一步一步提升咱們國家在重力測量上的水平，培養(yǎng)更多的專業(yè)人才。”
（來源：人民日報）
