测量时间的人——记中国计量科学研究院时频所研究员房芳

5月26日, 中国计量科学研究院 (以下简称“中国计量院”) 科技周“咨询委年会日”活动在昌平院区举行。会上, 作为荣获2016年度国家科技进步一等奖“新一代国家时间频率基准的关键技术与应用”项目的首要获奖者———时间频率所研究员房芳作了重要工作汇报。该奖项是继2006年后, 中国计量院再次以时间频率基准研究获此殊荣。“

时间再往前几天的5月20日, 在2017“5·20世界计量日”主题活动中, 房芳当选“我身边的计量人”, 她的事迹为更多人所熟知。房芳, 作为中国计量院时间频率基准研究的负责人, 刻苦钻研, 不知疲倦, 挥洒汗水与青春, 以一颗赤诚之心面对科学研究, 默默践行着计量人精益求精、无私奉献的精神。

房芳来到中国计量院7年了, 她认为这是她的幸运。她在美国学习的是原子物理方向, 利用冷原子做精密测量, 而在计量院做的喷泉钟就利用到以前学习的技术和知识, 可以说是学以致用。房芳说, 来中国计量院以前, 她主要考虑的是物理基础研究, 到了以后才往计量这方面发展。刚开始对计量了解得少, 后来在跟同事们相处的过程中, 慢慢学习和了解计量。令房芳高兴的是, 她所做的工作有着极为重要的实际作用, 比如卫星导航, 依靠的就是时间, 时间越精准, 卫星导航也就越精准, 同时还可以通过光纤或者卫星为社会服务, 提供高稳定度、高准确度的时间频率信号, 为相关行业提供时间频率量值溯源。

1995年, 世界上第一台激光冷却铯原子喷泉钟在法国诞生, 中国计量院闻讯决定马上进行喷泉钟研制。1999年第一台喷泉钟开始研制, 并于2006年获得国家科技进步一等奖。随着科技不断进步, 技术迅速发展, 第一台的指标已经不能满足需求, 有必要研制第二台喷泉钟, 提升中国秒长基准的指标, 于是中国计量院在2005年开始了第二台喷泉钟的研制。

研究过程是辛苦而漫长的。在这个过程中, 出现了许多困难, 但无论困难大小, 房芳都努力去克服, 从未退缩。

原子钟的测试周期很长, 每一次测试都需要反复进行。为了得到一个准确数据, 有时一次测试需要花费数周时间, 同时要排除多种环境、条件因素对测量的影响, 反复调试。同时需要对影响测量频率的黑体辐射、冷原子碰撞等多种物理效应进行评定、修正。同时, 房芳所带领的科研团队是一个小团队, 研究人员少, 任务多, 大家经常加班加点的工作。

虽然研究已经取得不错的成绩, 但与国际上的领先指标相比还有一定差距。房芳博士带领团队继续努力, 抽丝剥茧, 一点一点找出问题, 不断地改进提升喷泉钟的整体性能, 提高系统运行的可靠性。当然, 随着测量精度的提高, 又会出现新的问题, 但对房芳而言, 这就是做实验的挑战, 也是做实验的乐趣所在。

计量是世界公认的现代国家基础设施之一。“在国际单位制规定的7个基本物理量中, 时间的测量准确度最高、应用最广。每一次时间频率测量极限的突破, 都推动着基础科学的发展, 影响着人们对自然世界的认知深度。”中国计量院房芳研究员介绍说。在计量领域, 以原子钟为代表的时间频率基准引领了计量量子化时代:“原子秒”取代“天文秒”, 将秒长的测量不确定度指标提高了6-7个数量级;长度单位米和电压单位伏特, 也基于时间频率进行了重新定义。当前, 高精度时间频率的应用已经延伸到了国民经济各个重要领域, 成为通信、卫星导航、电力、交通、金融系统有效运行的重要手段和基础保障。此项目的完成, 使中国在国际原子时合作中第一次有了“表决权”, 体现了中国的地位, 也促进了国内的经济发展和国防建设。

房芳透露, 第三台喷泉钟已于2013年开始研制, 预计今年或明年可以完成。

工作后, 日子就变得忙碌起来, 除了繁忙的科研任务, 还要照顾家庭, 以及参加各种会议活动及管理和行政工作。房芳说, 她最怀念做学生的时候, 没有其他顾虑, 只要一心一意做学问。

出国前, 她在南开大学学习工作了12年, 硕士完成后毕业留校。谈到出国的原因, 房芳说:“一直跟着一个老师, 视野会受到局限, 科学应该是敞开的, 需要交流和借鉴, 需要学习其他国家的经验, 不能只是闭门造车。”房芳于2001年赴美国留学, 在美国Los Alamos国家实验室做博士后, 对她而言, 在美国留下来很容易, 但她从未想过留在美国, 促使她回国的原因有很多, 包括对亲人的牵挂, 对故乡的思念, 但最主要的还是觉得中国的发展给科研工作者提供了更好的平台, 充足的科研经费, 良好的实验条件以及大家在一起可以畅所欲言的讨论;即使科学跨越国界、种族, 也总是会被掺入政治色彩, 在美国, 尤其是在像Los Alamos那样的实验室, 对外国人的工作有各种限制。比如有一次, 房芳的计算机出了问题, 即便没有查出原因, 也直接没收了她的计算机, 许多数据、资料和文档都在计算机里, 不允许拷出来。

“一个国家的强大应该靠方方面面, 计量服务科研和国防建设, 支撑着产业的发展。以前, 我们的计量一直在跟跑, 现在, 有些方向已经由跟跑向并跑, 相信我们将来会做得更好, 真正引领发展。”房芳如是说。