驯服最冷的原子：Immanuel Bloch 与叶军共获2026年沃尔夫物理学奖

刚刚，以色列沃尔夫基金会公布 2026 年沃尔夫奖获奖名单。德国马克斯·普朗克量子光学研究所（MPQ）/慕尼黑大学的 Immanuel Bloch 教授与美国科罗拉多大学 JILA/美国国家标准与技术研究院（NIST）的叶军教授共同获得物理学奖，获奖理由是：

"For transformative, widely applicable advances in the control of ultracold atomic systems"

表彰他们在超冷原子体系操控方面做出的变革性、可广泛应用的贡献。

两位沃尔夫物理学奖得主走的是超冷原子领域的两条不同道路：一位把原子排进"光做的晶体"，用来模拟复杂的量子物质；另一位则把原子变成钟摆，将时间测量推向第 19 位有效数字之后。

在接近绝对零度的温度下，原子的量子特性被放大到宏观可见。用几束激光相互干涉，可以形成一个周期性的光势阱阵列——光晶格。原子被装进这样的"光做的晶体"中，就像固体中的电子被束缚在离子晶格里一样，只是这里的一切参数都可以由实验者精确调节。

2002 年，Immanuel Bloch 与合作者在 Nature 上报道了玻色原子从超流体到 Mott 绝缘体的量子相变：调高晶格深度，原本在整个晶格中相干流动的原子突然"冻结"在各自的格点上。这是第一次在冷原子体系中清晰地实现强关联量子相变，也开启了用冷原子研究凝聚态物理的大门。

从超流体到Mott绝缘体的经典实验图

图源：https://www.nature.com/articles/415039a/figures/2

此后，Bloch 团队发展了量子气体显微镜，能够在单个格点、单个原子的分辨率下给原子"拍照"（Nature 467, 68 (2010)），让人们第一次"看见"了量子多体态的微观结构；他们在准无序光晶格中观测到相互作用费米子的多体局域化（Science 349, 842 (2015)），这种体系即便长时间演化也不会热化；近年来，他们又追踪了费米 Mott 绝缘体在掺杂后从赝能隙金属到费米液体的演化——这正是理解高温超导的核心问题之一。

如果说 Bloch 用冷原子"模拟"物质，叶军则用冷原子"丈量"时间。

原子钟的原理，是用原子内部能级之间极其稳定的跃迁频率作为时间基准。叶军团队以香取秀俊（Hidetoshi Katori）提出的光晶格钟方案为基础，把成千上万个锶原子囚禁在"魔术波长"的光晶格中，配合超稳激光和对原子间相互作用的精细控制，研制出世界上最精确、最稳定的光学原子钟。沃尔夫基金会评价，这些成果"重新定义了时间与频率测量的国际标准"。

叶军在JILA实验室调校锶光原子钟的激光系统

图源：NIST

精度提升到如此程度，时钟本身就成了探测基础物理的仪器：

• 相对论大地测量：2022 年，叶军团队在一团毫米尺度的原子样品内部分辨出了引力红移——高度相差不到一毫米，时间流逝的快慢就已可测（Nature 602, 420 (2022)）；

• 电子电偶极矩：JILA 的测量给出了电子电偶极矩迄今最灵敏的上限，为超越标准模型的新物理划定了边界；

• 基本常数变化：通过不同原子钟之间的长期比对，搜寻精细结构常数等基本常数随时间的可能变化。

近年来，叶军又把目光从电子跃迁转向原子核。2024 年，他的团队与合作者首次将钍-229 原子核的同质异能跃迁与锶光钟直接进行频率比对（Nature 633, 63 (2024)），2026 年又报道了固态钍-229 核钟的频率复现性（Nature 650, 72 (2026)）。核钟对环境扰动更不敏感、对新物理更敏感，被认为是下一代时间基准的有力候选。

光晶格量子模拟和光晶格原子钟，在技术上同源：都依赖激光冷却、光学囚禁和对原子量子态的极致操控。这次沃尔夫奖把两位得主放在一起，表彰的正是超冷原子操控这一共同基础所带来的广泛影响：从高温超导、量子磁性等多体物理难题，到时间频率标准、引力测量和新物理搜寻，再到中性原子量子计算等新兴量子技术。

获奖者简介

Immanuel Bloch 现任马克斯·普朗克量子光学研究所主任、慕尼黑大学实验物理-量子光学教授。2000年，他在慕尼黑大学获得博士学位，导师是特奥多尔·亨施（Theodor Hänsch）。

2003年，Bloch 出任美因茨大学教授；2009年回到慕尼黑，同时开始在马克斯·普朗克量子光学研究所与慕尼黑大学任职。他的研究位于量子光学、量子信息与固体物理的交叉处，推动了量子模拟这一跨学科方向的发展：通过可控的原子模型体系，在实验中研究量子状态及其变化。

叶军现为美国国家标准与技术研究院（NIST）和JILA的物理学家，并任科罗拉多大学博尔德分校物理学兼职教授。JILA是NIST与科罗拉多大学的联合研究机构。

1997年，叶军在科罗拉多大学博尔德分校获得博士学位，师从约翰·霍尔（Jan Hall）；1999年回到JILA。他长期研究光与物质的相互作用，尤其关注超冷原子、分子及其在精密测量中的用途。超稳定激光和光学频率梳也是他的研究方向。光学原子钟的进展，延续了这条从控制光与物质出发、不断推进测量能力的研究路径。

值得一提的是，两位获奖者都曾获得墨子量子奖，并且作为嘉宾来到墨子沙龙进行科普分享。