在8月25—28号召开的第二届中国空间科学大会上,九三学社社员、中国科学院上海光学精密机械研究所研究员刘亮获第二届中国空间科学学会科学奖,主要表彰他在空间冷原子钟及空间超冷原子物理领域做出的开创性贡献。
中国空间科学学会科技奖于2019年首次设立,主要奖励在空间科学领域科学研究、技术创新方面取得突出成果或作出突出贡献的个人。其宗旨是调动广大空间科学领域科技工作者的积极性,提高空间科学技术创新创造能力,促进空间科学技术发展。“科技奖”每2年评选1次,分为科学奖和技术奖两个类别。
“空间冷原子钟”是一种将激光冷却技术和空间微重力环境结合的超高精度原子钟装置,它在现代高精度时频、惯性传感、精密测量、暗物质探测等以及重大基础物理研究中有重要的应用。但是,由于技术的复杂性以及原理的限制,虽然欧美等国进行了长期的研究,并提出了多次发射任务,但技术的困难使基于国际空间站的空间冷原子钟的发射任务一推再推,至今没有成功。
刘亮率领的研究团队,经过10余年的不懈努力,于2016作为天宫二号的载荷发射成功,在国际上首次在空间轨道实现冷原子钟的运行。该原子钟是迄今为止空间最高精度的原子钟,也是唯一在轨运行的冷原子钟。随天宫二号近三年的在轨测试,性能一直保持稳定。天宫二号空间冷原子钟是一项前所未有的创举,代表了空间科学领域和时频领域的国际最高水准,相关工作引起了广泛的国际影响。Science两次专题报道该成果,其中引用德国科学家的评论:“随着实验的成功,中国在天基冷原子传感器研究领域走在了世界最前沿”。Nature Communications公开评论:“这是一个惊人的技术成就,美国和欧洲均进行相类似的工作,但均没有成功,尽管欧洲继续在进行这方面的工作,但在中国的空间冷原子钟面前黯然失色”“是空间冷原子物理的一个重要里程碑”。
刘亮团队的主要成果在2018年发表以来,已经得到了近100多次引用,许多引用均指出,这是第一个空间冷原子钟,为冷原子技术在空间的应用奠定了基础。空间冷原子钟入选中科院2018年度12大成果之一,同时入选改革开放40年中科院重大成果之一,多次受到习近平总书记、李克强总理等中央领导的视察。相关工作还受到国际主流媒体的关注,例如美国Fox News以“世界第一:中国物理学家在空间实现了冷原子钟”为题进行了详细的报道。
除了上述成果,刘亮团队还开展了用于下一代导航卫星的星载积分球冷原子钟的研制。在国际上首次突破了传统星载原子钟10-15的瓶颈,从而拥有进入10-16量级的星载原子钟技术,对我国的卫星导航系统的升级换代和深空探测有深远的意义。
刘亮还是空间站超冷原子物理柜的主任设计师,目前超冷原子实验柜已经完成研制交付,处于待发射状态,预期在今年10月份随空间站于2022年发射升空,利用空间站的微重力环境产生宇宙中最冷的量子气体,实现小于100pK的玻色凝聚,并用此进行黑洞模拟、量子新物态、超冷分子、量子模拟等一系列新的物理。