叶军、布洛赫获2026年沃尔夫物理学奖 超冷原子正在打开量子世界的“实验室”？｜科技观察

10月1日晚，2026年沃尔夫物理学奖正式揭晓，华裔物理学家叶军（Jun Ye）与德国物理学家伊曼纽尔·F·布洛赫（Immanuel F. Bloch）共同获得2026年沃尔夫物理学奖。沃尔夫基金会给出的获奖理由是：“在超冷原子系统控制方面取得具有变革性、广泛适用的进展。” 一个把原子变成了测量时间和检验基本物理规律的“标尺”，另一个则利用被激光控制的超冷原子，搭建起研究复杂量子物质的“模拟器”。看起来，他们分别在做原子钟和量子模拟，指向的是同一个更深层的问题：当人类能够越来越精准地控制单个原子及其相互作用时，量子世界中那些过去只能计算、推测甚至无法直接观察的现象，开始变得可以被实验“操控”。 要理解这项工作的意义，首先需要理解“超冷原子”究竟是什么。在通常环境中，原子处于持续的热运动状态。温度越高，粒子的运动越剧烈，对于需要精确控制的量子实验而言，这种运动本身就是一种干扰。因此，科学家会利用激光等手段把原子的运动速度降下来，将其冷却到极低温度，再利用光学晶格等装置把原子限制在特定区域内。 当原子被冷却并控制到足够精细的程度，它们就不再只是组成物质的普通微观粒子，而可以成为研究量子规律的实验平台。布洛赫正是这一方向的重要开拓者之一。他目前担任慕尼黑大学实验物理—量子光学教授，并担任马克斯·普朗克量子光学研究所所长。他和团队利用激光形成的光学晶格，将超冷原子排列、约束在人工构造的量子系统中，从而研究复杂的量子多体问题。 2001年，布洛赫与合作者利用超冷原子首次实验观察到玻色体系从“超流态”向“Mott绝缘态”的量子相变。这项工作后来被视为量子模拟领域早期的重要实验突破：科学家不再只能从理论上讨论复杂量子体系，而是开始尝试用一个高度可控的量子系统去“模拟”另一个复杂体系。 此后，布洛赫又推动了量子气体显微镜等实验技术的发展，使研究人员能够更加精细地观察和控制光学晶格中的原子。他的研究还涉及多体局域化、费米Mott绝缘体等问题。沃尔夫基金会认为，这些工作深刻塑造了量子模拟这一研究范式。 换句话说，布洛赫的贡献在于让超冷原子从一种“被冷却的物质”，逐渐变成了一种能够主动操控、观察和模拟复杂量子现象的实验工具。 与布洛赫相比，叶军的研究路径有所不同。出生于上海的叶军，目前是美国国家标准与技术研究院（NIST）研究员、JILA研究员，并在科罗拉多大学博尔德分校物理系任兼职教授。叶军的研究长期集中于激光、超冷原子和分子、精密测量以及量子科学等领域，其中最广为人知的一项成果，是对光学原子钟的持续推进。 传统意义上的钟，是利用某种周期性运动来计时；原子钟则利用原子内部能级跃迁所对应的稳定频率作为“钟摆”振动。如果能够让这种频率变得更加稳定，并把外界干扰压低到极限，就可以制造出极其精确的时间测量工具。叶军团队长期利用被激光控制的锶原子等超冷原子系统，推动光学原子钟的发展。科罗拉多大学介绍称，其团队通过将锶原子限制在光学晶格中，实现高性能原子钟，同时把这种精密测量技术用于研究量子多体物理等问题。 NIST在此次获奖介绍中则指出，叶军及其团队研发的原子钟精度已经达到极高水平，按照这一精度计算，经过约150亿年才可能出现1秒的累计偏差，这一时间尺度与宇宙年龄相近。 这并不意味着普通人的手表或者手机马上需要更换成这种原子钟。真正重要的是，当时间测量足够精确之后，“时间”本身就可以成为一种测量工具。例如，极其微小的引力变化、运动状态变化以及磁场变化，都可能通过影响原子的能级跃迁而留下痕迹。NIST表示，叶军团队的原子钟研究正在拓展精密测量在引力、运动、磁场以及基础物理研究中的应用。 如果把叶军和布洛赫的研究放在一起，会看到一个颇有意思的共同点。叶军更关注的是，如何把原子控制得足够精准，从而让它成为世界上最精密的测量工具之一。 一个把原子变成了“钟”，另一个把原子变成了“模拟器”。但两条路线的技术底层高度相关：都依赖于对超冷原子的精密操控，都需要极稳定的激光、光学晶格以及对量子态的精确控制。沃尔夫基金会此次并没有分别为两人的具体成果设置不同的获奖理由，而是把他们共同概括为“在超冷原子系统控制方面取得具有变革性、广泛适用的进展”。 这或许正是这次物理学奖值得关注的地方。过去，人们谈论量子世界时，更多是在谈论一种难以直观理解的自然规律。但随着实验技术的发展，量子研究正在发生一个重要变化：科学家不仅试图理解量子系统，也越来越有能力制造、控制和操纵量子系统。 从量子模拟到光学原子钟，再到量子信息、量子传感和基础物理实验，超冷原子已经不再只是低温物理实验室里的研究对象，而逐渐成为连接基础科学与量子技术的重要实验平台。 但这并不意味着这些研究成果已经全部转化为成熟的商业技术。量子系统依然对实验环境、温度、激光稳定性和控制精度提出极高要求，许多研究仍处在基础科学和前沿技术阶段。 科学史的推进，往往是先有科学家花几十年时间，把一个原本难以控制的自然对象变成可以精确操纵的实验对象；随后，越来越多的人开始在这个平台上提出新的问题。或许2026年的沃尔夫物理学奖，表彰的正是这样一种能力，让原子从被观察的对象，逐渐成为被精确控制的工具。