国家自然科学奖推荐书北京科委.docx

1、国家自然科学奖推荐书北京科委2017年国家科技奖推荐公示内容一、项目名称原子气体玻色-爱因斯坦凝聚的理论和实验研究二、推荐单位意见该项目致力于激光冷却原子实现玻色-爱因斯坦凝聚（简称BEC）的研究，使中国成为少数最先实现BEC国家之一，取得如下系统性和创新性的研究成果：1) 在国内首先开展了原子玻色-爱因斯坦凝聚的理论和实验研究，于 2002 年 3 月首次获得铷原子气体的 BEC，提出超冷原子BEC相变的关键判据。建立超冷原子玻色-爱因斯坦凝聚理论模型并得到精确解。2) 提出有限温度量子隧穿的周期瞬子方法，预言光晶格中冷原子的量子隧穿并被实验证实。2008 年在国际上首先提出高频势阱方案并实

2、现了冷原子的射频导引，在国内首次实现了原子芯片 BEC。3) 建造铷冷原子喷泉钟。建立了光晶格中冷原子平台，提出了光晶格钟的理论模型，获得了影响精度的各种参数。该项目8 篇代表性论文被 SCI 他人引用 813 次，2篇入选ESI高被引论文，1 篇入选 2009 年中国百篇最具影响国际学术论文。多个著名科学期刊如 Rev. Mod. Phys.、Phys. Rep. 等发表专题评价他们的工作。2010 年被邀请在第 22 届国际原子物理学大会（ICAP）作大会报告，这是中国科学家第一次在这个大会上作邀请报告。该成果建立了原子玻色-爱因斯坦凝聚基本理论，首创国内冷原子钟、原子芯片等核心技术，引领

3、并推动了冷原子物理及精密测量相关领域的发展。项目获2016年北京市科学技术奖一等奖。我单位认真审阅了该项目推荐书及附件材料，确认全部材料真实有效。相关栏目均符合填写要求，推荐该项目为国家自然科学奖二等奖。三、项目简介（限1200字）该项目属物理学中的原子分子物理学领域。激光冷却原子并实现玻色-爱因斯坦凝聚（简称BEC）是20世纪末物理学的重大进展。1997年以来已有4次诺贝尔物理学奖授予了与冷原子和精密测量相关的科学家（1997、2001、2005、2012年）。超冷原子BEC具有独特的量子力学波动性、宏观量子相干性及人工可调控性，是研究量子力学基本问题的重要平台，对发展原子钟、原子芯片等高新

4、技术具有战略意义，成为世界发达国家抢占的制高点。(1). 提出超冷原子BEC相变的关键判据，建立新的BEC可积模型并得到精确解。在国际上率先开展激光冷却原子的实验研究，使中国成为少数最先实现BEC的国家之一。提出超冷原子BEC相变的关键判据，得到诺贝尔奖获得者C. E. Wieman教授的高度评价。建立参数可调的BEC可积模型并得到精确解，这是冷原子多体薛定谔方程精确解的最早工作，第一次理论上定量地解释了W. Ketterle教授获得2001年诺贝尔奖的实验结果。预言旋量玻色爱因斯坦凝聚体的分数涡旋态和涡旋晶格态，被韩国国立大学Yong-il Shin教授实验组证实。该系列工作被3篇Rev.

5、Mod. Phys. 综述论文大幅引用和肯定。(2). 建立周期瞬子方法，实现冷原子射频导引和原子芯片BEC。提出周期瞬子方法来计算在高、低能区都适用的有限温度量子隧穿，解决了量子力学基本理论中的一个难题。预言冷原子量子隧穿效应，被佛罗伦萨大学G. M. Tino教授实验验证。首先在国际上实现冷原子射频导引和原子芯片BEC，得到诺贝尔奖获得者W. Ketterle教授的高度评价。(3). 建造铷冷原子喷泉钟，提出光晶格钟模型。建造了可移动式冷原子小喷泉钟、超高精度空间冷原子钟，为超高精度空间时频网络及下一代空间导航系统奠定基础。建立了光晶格钟理论模型，发现镱原子光晶格钟可达到运转137亿年误差

6、不足一秒的精度，比现有的铯原子钟精确1000倍，为光晶格钟奠定了基础，被Science等期刊专门评述，应诺贝尔奖获得者C. Cohen-Tannoudji教授邀请，撰写其主编原子分子年鉴第三章。该成果8篇代表性论文包括6篇Phys. Rev. Lett.，SCI他引813次，2篇入选SCI高被引论文，1篇入选2009年中国百篇最具影响国际学术论文。被著名综述期刊Rev. Mod. Phys.、Phys. Rep.、Science 等发表专题评价。应邀撰写中英文专著共10章。在重要国际学术会议作大会报告50次，其中2010年在第22届国际原子物理学大会作大会报告，这是中国科学家首次在这个大会上作

7、邀请报告。该成果建立了原子BEC基本理论，发展了冷原子钟、原子芯片等高新技术，引领并推动了冷原子物理及精密测量相关领域的发展。四、客观评价国内外同行评价：多个著名综述期刊例如Rev. Mod. Phys.、Phys. Rep.、Science 等对项目理论和实验研究发表专题评论。下面转述的评价内容建议都打上引号,客观评价主要指同行的学术性评价意见，论文引用，参与会议等内容建议去掉，多陈列一些评述性的引用。(一)、 超冷原子玻色爱因斯坦凝聚相变的关键判据及新的BEC可积模型的国际同行评价。该团队在国际上率先开展激光冷却原子的研究，使中国成为少数最先实现玻色爱因斯坦凝聚（简称BEC）的国家之一（C

8、hin. Phys. Lett. 20(2003)799）。在实现玻色-爱因斯坦凝聚的初期，判断发生凝聚是一个重要问题。他们的实验给出了新的相变判据。2001年诺贝尔物理学奖获得者Wiemann教授评论了他们的实验：“实现玻色-爱因斯坦凝聚在任何一个实验室都是一个挑战”。预言旋量BEC分数涡旋态（代表性论文2，简称论文2），被韩国国立大学Yong-il Shin教授实验证实（他人引用代表性引文1和2，简称引文1和2）。 2012年Y. Kawaguchi等人发表在 Phys. Rep. 上的综述文章引用了他们4篇系列文章（包括论文1，6），认为这是一种新的拓扑量子态，开创了高自旋涡旋态研究的新

9、领域（引文3）。建立新的BEC可积模型并利用BEC产生调幅和调频的原子激光（论文 1，3），被认为是关于Feshbach 共振条件下BEC及其稳定性的最早工作之一，引发了新的理论和实验研究（证明材料），被SCI他引280次，入选SCI高被引论文，也是迄今为止中国在冷原子领域被SCI引用最高的论文之一。2000年C. K. Law等人利用他们的精确解研究了凝聚体的Dressed态（引文4)。2007年L. S. Cederbaum 等人利用精确解研究了不同类凝聚体的干涉（引文5)。(二)、周期瞬子方法及冷原子射频导引和原子芯片BEC的国际同行评价。2005年首先在国际上提出高频势阱方案并实现冷原

10、子射频导引和原子芯片BEC，获得了具有自主知识产权的原子芯片（Chin. Phys. Lett. 22(2005)2526），达到了国际先进水平（证明材料），得到了2001年诺贝尔物理学奖获得者W. Ketterle教授的高度评价：“中国同行的工作令人印象深刻”(附件31，32)。提出在高、低能区都适用的计算量子隧穿的周期瞬子方法，使有限温度量子隧穿的计算变为可能，解决了量子力学基本理论中的一个难题（论文5）。2006年出版的德国Kaiserslautern大学H.J.W. Muller-Kirsten教授的量子力学教程（Introduction to Quantum Mechanics：Sc

11、hrodinger Equation and Path Integral，World Scientific, 2006），有四章共161页专门论述该方法。这一新理论立即带来了新发现，例如预言了光晶格中冷原子的量子隧穿，被佛罗伦斯大学G.M. Tino 教授的实验证实（引文5）。发现光学势中非 Abelian Josephson 效应（论文6）被2012年Y. Kawaguchi等人发表在 Phys. Rep. 上综述文章的高度评价（引文3）。发现光子的约瑟夫森效应及设计的相干光子干涉器件（论文7）被2009年2月4日Nature China对其作为亮点给予了高度评价。编辑Felix Cheun

12、g专门写了一篇文章“量子光学：约瑟夫森效应”，认为这项工作有助于实现未来的量子器件（附件30）。2010年，第22届国际原子物理学会议邀请刘伍明作大会报告，这是中国科学家第一次在这个国际大会上作报告。(三)、铷冷原子喷泉钟及光晶格钟模型的国际同行评价。建造了可移动式冷原子小喷泉钟、超高精度空间冷原子钟（Chin. Phys. Lett. 21(2004)57；CPL 22(2005)1645）。建立了光晶格钟理论模型，为冷原子光晶格钟奠定了基础。光学微腔阵列中极化光子的逆超流凝聚态（论文 8）被苏黎世高工S. Schmidt教授等人认为开辟了研究强关联效应和新奇量子态的方向（引文8），被200

13、8年德国 Michael J. Hartmann 教授等人的综述文章(引文10)用整个章节介绍，特别强调：此文给强关联领域的研究开辟了一条全新的道路。2009年在第六届全球华人物理大会做特邀报告，并应1997年诺贝尔物理奖获得者C. Cohen-Tannoudji 教授邀请，撰写其主编原子分子年鉴第三章“光晶格中冷原子的量子相变”。2006年墨尔本大学L. C. L. Hollenberg教授等人发表在 Nature Physics 2(2006)856 的文章认为他们光晶格中冷原子相变的工作(Phys. Rev. A 70 (2004) 045602)可以推广到玻色-费米混合系统、激子凝聚系

14、统和极化子凝聚系统，并特别强调其在偶极玻色子研究的重要作用。科技查新：2017年1月21日中科院情报中心对该成果的8篇代表性论文进行了检索：8篇代表性论文被引用924次，其中他人引用813次。五、论文专著目录1. 代表性论文专著目录（不超过8篇）序号论文专著名称/刊名/作者影响因子年卷页码（xx年xx卷xx页）发表时间年月 日通讯作者第一作者国内作者SCI他引次数他引总次数知识产权是否归国内所有1Dynamics of a bright soliton in Bose- Einstein condensates with time-dependent atomic scattering len

15、gth in an expulsive parabolic potential / Phys. Rev. Lett. / 梁兆新，张志东，刘伍明7.9432005 年94 卷050402-1-050402-4 页2005年2 月9 日刘伍 明梁兆 新梁兆新，张志东，刘伍明255281是2Dynamical creation of fractionalized vortices and vortex lattices / Phys. Rev. Lett. / 纪安春，刘伍明，宋军亮，周飞7.9432008 年101 卷010402-1-010402-4 页2008年7 月4 日刘伍 明纪安 春纪

16、安春，刘伍明，宋军亮，周飞7680是3Nonlinear effects in interference of Bose- Einstein condensates / Phys. Rev. Lett. / 刘伍明，吴飚，牛谦7.9432000 年84 卷2294-2297 页2000年3 月13日牛谦刘伍 明刘伍明，吴飚，牛谦，165196是4Quantized quasi-two- dimensional Bose-Einstein condensates with spatially modulated nonlinearity / Phys. Rev. A / 王灯山，胡兴华，胡江平，

17、刘伍明2.9022010 年71 卷025604-1-0255604-5页2010 年5 月19 日刘 伍 明王灯山王灯山胡兴华，胡江平，刘伍明5156是5Quantum tunneling of Bose-Einstein condensates in optical lattices under gravity / Phys. Rev. Lett. / 刘伍明，范文斌，郑伟谋，梁九卿，徐少达7.9432002 年88 卷170408-1-170408-4页2002年4 月29日刘伍明刘伍明刘伍明，范文斌，郑伟谋，梁九卿，徐少达136161是6Non-Abelian Josephson ef

18、fect between two F = 2 spinor Bose-Einstein condensates in double optical traps / Phys.Rev. Lett. / 齐然，余小鲁，李志兵，刘伍明7.9432009 年102 卷185301-1-185301-4页2009年5 月4 日刘伍明齐燃齐燃，余小鲁，李志兵，刘伍明5556是7Josephson effect for photons in two weakly linked microcavities / Phys. Rev. Lett. / 纪安春，孙青，谢心澄，刘伍明7.9432009 年102 卷0

19、23602-1-023602-4页2009年1 月15日刘伍 明纪安春纪安春，孙 青，谢心澄，刘伍明5055是8Evidence for a Bose-Einstein condensate in dilute Rb gas by absorption image in a quadrupole and Ioffe configuration trap / Chin. Phys. Lett. / 王育竹，周蜀渝，龙泉，周尚宇，付海翔2.2552003 年20卷799页2003年11月8日王育竹王育竹139是合 计813903六、主要完成人情况表公示姓名排名行政职务技术职称工作单位完成单位对该项

20、目技术创造性贡献刘伍明1课题组长研究员中国科学院物理研究所中国科学院物理研究所该项目的负责人和主要完成人。提出本项目的关键学术思想，在物理概念、理论、计算方法的建立和结果分析等方面进行了系统的工作，亲自参与完成并做出了创造性贡献，是代表性论文 1-8 的通讯作者（本人是代表性论文 3, 4 的第一作者，其余第一作者均为本人的研究生和博士后）。对重要发现的 (1) (2) (3).都有重要贡献王育竹2课题组长研究员中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院上海光学精密机械研究所该项目的负责人和主要完成人之一。在物理概念、实验方法的提出和结果分析等方面进行了系统的工作。第8篇代表性论文的第一作者和

21、通讯作者。对重要科学发现点（1）、（2）、（3）都有突出贡献。纪安春3无教授首都师范大学中国科学院物理研究所该项目的主要完成人。在物理概念、理论、计算方法的建立和结果分析等方面进行了系统的工作，亲自参与完成并做出了创造性贡献，是代表性论文2和7的第一作者。对重要科学发现点（1）、（2）、（3）都有重要贡献。张志东4磁性材料与磁学 研究部主任研究员中国科学院金属研究所中国科学院金属研究所该项目的主要完成人。在物理概念、理论、计算方法的建立和结果分析等方面进行了系统的工作，亲自参与完成并做出了创造性贡献。是代表性论文1的通讯作者。对重要科学发现点（1）、（2）、（3）都 有重要贡献。周蜀渝5无副研

22、究员中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院上海光学精密机械研究所该项目的主要完成人之一。在物理概念、实验方法的提出和结果分析等方面进行了系统的工作。第8篇代表性论文的第二作者。对重要科学发现点（1）、（2）、（3）都有突出贡献。七、完成人合作关系说明刘伍明研究员作为项目负责人和主要完成人，提出本项目的关键学术思想，在物理概念、理论、计算方法的建立，实验指导和结果分析等方面进行了系统全面的工作，亲自领导完成并做出了创造性贡献，是代表性论文1-8通讯作者（还是论文3，4第一作者，其余第一作者均为他的研究生、联合培养研究生和博士后）。第二完成人王育竹院士负责设计并完成了本项目的主要实验，联合指导

23、博士研究生完成了代表性论文8。第三完成人纪安春教授发表的代表性文章均是其在刘伍明研究员的实验室作博士后期间完成。第四完成人张志东研究员与第一完成人刘伍明研究员联合指导博士研究生梁兆新完成了代表性论文2。第 五完成人周蜀渝副研究员在第二完成人王育竹院士指导下完成了代表性论文8。完成人间的合作也可以包括共同承担的项目，共同获奖。 完成人合作关系情况汇总表 序 号 合作 方式 合作者 （项目排名） 合作 时间 合作成果 证明材料 备注 1 获奖 刘伍明 （1 ）， 王育竹全程 北京市科学技术奖一等奖 证书 ( 附 （2），纪安春（3），张件 20） 志东（4）2 论文 合著 刘伍明（1），张志东（4

24、） 全程 Dynamics of a bright soliton in Bose-Einstein condensates with time-论文 ( 附 件 1） dependent atomicscattering length in anexpulsive parabolicpotential, Phys. Rev. Lett.94, 050402 (2005). 3 论文 合著 刘伍明（1），纪安春（3） 全程 Dynamical creation of fractionalized vortices and vortex lattices, Phys. Rev.Lett. 101

25、, 010402 (2008). 论文 ( 附 件 2） 4 论文 合著 刘伍明（1），纪安春（3）全程 Josephson effect for photons in two weakly linked microcavities, Phys. Rev. Lett. 102, 023602 (2009). 论文 ( 附 件 7） Rev. Lett. 102, 023602 (2009). (2009). 5论文 合著 王育竹（2）， 周蜀渝（5）全程 Evidence for a Bose-Einstein condensate in dilute Rb gas by absorption image in a quadrupole and Ioffe configuration trap,Chin. Phys. Lett. 20, 799 (2003).论文 ( 附 件 8） 承诺：本人作为项目第一完成人，对本项目完成人合作关系及上述 的真实性负责，特此声明。第一完成人签名 八、知情同意证明