王如泉:奋战在原子物理前沿的青年学者

“我们的超冷分子实验装置设计是最先进的”，王如泉充满自信地说，“物理所的装置具有国际上唯一的高效磁转移装置，为未来超冷分子的实验提供了最好的实验环境。”

王如泉小组于2015年年初成功实现了国内第一个钠23的BEC，107个BEC原子数和80秒的BEC寿命都处于国际顶尖水平；同样在2015年成功实现了8fT/√Hz的单通道磁场测量灵敏度，处于国内顶尖和国际一流水平。

作为一名青年科研工作者，他的人生轨迹和奋斗经历，佐证了“天才出于勤奋”的名言。

“1996年我毕业于中国科学技术大学试点班，这个由少年班学院组建的班级，由科大本科生中的尖子生组成，在教学上按照数学系和物理系的标准来进行本科基础课教学，”他说，如此的学习经历为未来的研究工作打下坚实的数理基础。

大学毕业后，王如泉拿到了美国耶鲁大学的奖学金，进入耶鲁大学物理系读博士。博士期间，师从Mark Kasevich教授从事冷原子物理研究。

“Kasevich 教授是1997年诺贝尔物理奖获得者朱棣文教授最杰出的学生之一。朱棣文获得诺贝尔奖的关键实验，原子喷泉就是由Kasevich在斯坦福大学读博士期间完成的，而这一实验也成为当代最精密的原子钟——原子喷泉钟的原型。Kasevich教授在原子干涉仪领域做出了突出贡献，他创立的基于原子干涉仪的超高灵敏度重力仪和陀螺仪已经成为相应领域灵敏度最高的仪器，受到美国军方DARPA项目的高度关注和支持。而Kasevich教授的原子干涉仪方案也成为当今各国原子干涉仪方案的标准。”王如泉深深崇敬自己的老师。

在耶鲁，Kasevich教授为王如泉选择的方向是玻色—爱因斯坦凝聚（BEC）。BEC是冷原子物理中的顶级难度的实验，于1995年首次由美国国家标准局和麻省理工学院的小组在铷87和钠23中实现，很快于2001年就获得诺贝尔物理奖。

而王如泉选择的锂7原子的BEC又是BEC领域中最难的实验之一。由于锂7原子物理特性的缺陷，当时的世界上只有美国Rice大学和法国巴黎高等师范大学的两个实验室在付出了巨大的代价后实现。

“为了解决实验上的难题，我在国际上独创了mini磁阱这一重要技术，mini磁阱将传统磁阱的功耗降低了3个数量级，使用不到10瓦的功耗，就获得了其它实验室需要几十千瓦才能获得的性能，从而完美地解决了锂7原子BEC实验的困难，成功地实现了国际上第三个锂7的BEC。同时，mini磁阱由于其强大的性能和极低的功耗，还是空间站超冷原子实验的理想选择。”王如泉说，他的优异表现赢得了老师的赞赏，成为了他最欣赏的学生之一。

2006年，王如泉毅然回到中国科学院物理研究所工作。2010年1月，他成功地实现了物理所的第一个BEC，也是国内第5个BEC。物理所的BEC是国内第一台采用了全套自制的激光和真空系统的BEC，为超冷原子相关技术国产化积累了丰富的经验。

“同时，物理所的BEC大大提高了单真空腔BEC装置的性能，实现的105的BEC原子数分别比美国斯坦福大学和美国国家标准局的单腔BEC提高了1到2个数量级。单腔BEC由于其更为简单的真空和光路系统，为BEC实验的普及提供了良好的基础。”王如泉说。

由于王如泉在中国科学院物理研究所兢兢业业、开拓进取，他很快就获得了物理所科技新人奖。

“超冷分子研究是近年来原子分子物理研究的前沿领域，分子的固有电偶极矩为量子操控提供了重要的手段，是实现量子计算的理想物理系统。但是，分子由于其非常复杂的能级结构，很难实现激光冷却，从而使分子的量子简并一直没有实现。” 王如泉瞄准了这一前沿领域。

2008年，美国国家标准局的叶军教授和D.S.Jin教授合作，利用超冷的铷87原子和钾40原子合成了基态的钾铷分子，并得到了超冷的钾铷分子气体。但是，由于钾铷分子的稳定性问题，进一步的蒸发冷却一直未能实现。人们很快注意到，如果选择钠23原子和钾40原子，就可以克服这一困难。

目前，有美国麻省理工学院，德国马克思—普朗克研究所等多家国际一流大学和研究机构在这一方案上努力，有望在几年之内实现这一原子分子物理领域的里程碑式的工作。

“我们小组也加入了这一研究方向，并于2015年年初成功实现了国内第一个钠23的BEC，107个BEC原子数和80秒的BEC寿命都处于国际顶尖水平。” 王如泉很快取得了突破。

2003年，美国普林斯顿大学Romalis小组在激光泵浦原子磁力仪领域取得了重要突破。他们利用无自旋碰撞迟豫机制（SERF），将传统的光泵原子磁力仪的灵敏度提高了2个数量级，和超导量子干涉器件（SQUID）一起，成为灵敏度最高的磁场计。

鉴于超高灵敏度磁场计在反潜、探矿和医学领域的重要应用价值，王如泉小组是国内最早跟踪此方向的小组。在极为有限的经费和人员支持基础上，经过几年努力，他们在2015年成功实现了8fT/√Hz的单通道磁场测量灵敏度，达到了普里斯顿小组的水平，处于国内顶尖和国际一流水平。

一次次挑战世界难题，一次次攀登世界高峰，一次次又取得了突破，在中国的原子物理前沿领域，王如泉前途无量。让我们期望王如泉大展身手，为国家的原子物理贡献更大的力量。

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