工道·专题 | 大国“钟”匠揭秘：“北京时间”是怎么产生的？

5月21日，陕西西安临潼，中国西北这座因世界八大奇迹之一——秦始皇陵兵马俑而远近闻名的古城，游客熙熙攘攘。

同在这座古城，中国科学院国家授时中心（以下简称国家授时中心）悄然藏身其中，我国的标准时间——“北京时间”正是在此产生。

在国家授时中心小铯钟实验室，记者见到了国家授时中心主任、首席科学家张首刚。只见他身穿白大褂，脚戴蓝色鞋套，正认真盯着示波器，观察实时的铯原子跃迁信号，团队研究人员在他的指导下，分工协作，调试着电子控制系统、物理系统和光学系统……

“授时系统是支撑经济社会运行和国家安全的重大基础设施，其服务能力体现着一个国家的综合科技实力，为国家建设好自主、安全、可靠、先进的授时系统，是我们每一位授时人的责任和使命。”张首刚对记者说。

5月30日，在第8个“全国科技工作者日”到来之际，中国教科文卫体工会发布20名首届“全国科创名匠”选树宣传名单，张首刚赫然在列。

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和“时间”做朋友

在临潼，地铁线路会在华清池站折一个近90度的弯，向北驶向东三岔站。其中一个重要原因就是，为了避开东侧约两公里的国家授时中心，防止干扰在此产生的“北京时间”。

张首刚和“时间”做朋友的故事，便是在这里开花、结果。

1986年，张首刚考入西北大学理论物理专业。毕业后在中国科学院陕西天文台（国家授时中心前身）攻读硕士学位，师从刘海峰研究员。那时，他听到刘老师为研制基准型激光抽运大铯钟，举家搬迁到西北的故事，感动不已。当时的他不会想到，若干年后，他们的人生轨迹竟有了重合的部分。

1997年，张首刚来到巴黎天文台时间频率基准实验室进修，深切感受到国内时间频率技术与国外的明显差距。1998年，他开始在巴黎第六大学攻读量子物理专业博士学位，2003年，他被巴黎天文台聘为助理工程师。

在国际一流时间频率实验室学习工作的近7年间，张首刚独立完成了世界第一台铯原子喷泉钟—法国时间频率基准的改造，至今，其主要性能仍居世界领先地位。

“你已经做出了世界上最好的喷泉钟，应该继续深入研究冷原子物理及其应用问题，为什么要回国再去做喷泉钟呢？”博士毕业前，张首刚的导师得知他的回国打算后，出于对他学术发展的关心，惊讶地问。

当时，冷原子研究属于国际前沿和热门领域，而且英国、法国、美国等国的一些实验室已经向他抛出橄榄枝。但深知铯原子喷泉钟对于一个国家时间系统有着基础性作用的张首刚，一心想在原子钟领域实现“中国突破”。

2005年，张首刚回到祖国。随后他离开北京的家人，独自来到位于临潼的国家授时中心工作。

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守护“北京时间”

国家授时中心是我国唯一专门、全面从事时间频率研究的科研机构，负责“北京时间”的产生和发播。在国家授时中心地下一层，放置着“北京时间”产生的核心设备——原子钟组和世界时测量系统。

在国家授时中心，张首刚的主要工作是“守时”“授时”和“用时”。“通俗来讲，就是想方设法产生更准确的时间，将它们利用各种手段传播出去，在不同应用场景下使用好不同量级精度的时间。”张首刚向记者解释说。

“例如‘守时’，作为能够产生时间信号并有计数装置的原子频率标准，原子钟是时间精密测量的关键核心。这不仅是事关一个国家时间频率科学先进与否的战略资源，更是国家主权的彰显。”国家授时中心副研究员陈江进一步补充道。读博期间，他一直师从张首刚。

2005年，当张首刚从世界一流的实验室来到国家授时中心，这里冷原子钟研制的基础几乎为零。“当时，用于守时的小铯钟完全依赖进口，更没有基准型铯原子喷泉钟，整个陕西没有一个人从事与冷原子相关的研究。”张首刚回忆说。

就这样，张首刚从一个人、一间地下室、一把螺丝刀干起，搭建平台、招募人才。在他带领下，这支团队研制出9种不同应用类型的新型原子钟，建成世界时自主测量服务系统，实现了国家标准时间产生的自主可控。

1纳秒是十亿分之一秒，张首刚带领团队将我国标准时间与国际标准时间的偏差从10纳秒减小至1.5纳秒，还构建了我国“新一代时间频率系统”……近年来，张首刚和团队在时间频率研究领域取得巨大突破，多项工作填补国内空白，获得中国专利金奖和4项省部级科技一等奖。

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做精神富足的科研人

在西安地铁航天新城等站点，竖立着“陕西最美科技工作者”的宣传海报，关于张首刚的介绍，写着两行大字：“于空白处落笔，雕刻精准‘北京时间’；在寂寞中前行，铸就授时国之重器”。

作为一名终日与“时间”为伴的科技工作者，张首刚最深刻的感受就是：时间流逝得太快，工作任务越紧，时间越不够用。

多年来，张首刚每晚只休息四五个小时，第二天仍能保持精力充沛。在国家授时中心党办主任白浩然看来，张首刚有自己的秘诀：“他内心充实、富足，睡眠质量特别好，可以利用去机场、车站的路上等碎片时间休息，保持良好的精气神。”

由于工作需要经常出差，张首刚总会将机票时间选在清早或者深夜，“这样一天的整段时间就被空出来，可以集中精力专注工作”。

“不会调节生活的人肯定干不好工作。”这是张首刚对团队成员说得最多的话。科研工作无比忙碌，他希望大家都能成为精神世界富足的人。陕西人喜欢吃面，张首刚闲暇时会自己做面，泼上辣子，再来瓣蒜，作为对自己的奖赏；过年时，团队成员的孩子总会收到“张爷爷”的压岁红包……

有时，有的团队成员连续几天跟一个难题死磕，仍没进展，他便强制成员放假休息。“科研工作也需要放松下来，思维转个弯，灵感的源泉便开始奔涌。”这是张首刚总结的规律。

眼下，张首刚正带领团队，致力于为我国建立世界上独一无二，涵盖空天地的立体交叉授时系统，“全力将最准确的‘北京时间’送到北京”。

当年留法归国时，张首刚带了4瓶香槟酒，原准备等到某次重大突破后，在庆功宴上喝。19年过去了，尽管重大突破一件接着一件，但庆功酒始终没有启封。

“授时人心中永远都有一面闪亮的表盘，对准确度和稳定度性能的追求是无止境的，表盘每转到一个终点，就意味着要开启一个崭新的历程。”张首刚说。

图片来源：受访者供图

作者 | 毛浓曦  祝盼

编辑 | 陈晓燕  王维砚

工道第 621 次推送

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