叶朝辉教授（左）和薛敏监事长（右）共同为中科联影医学影像联合实验室落成
左图：国家小型科学仪器中心·武汉磁共振中心；下图：十米喷泉式原子干涉仪
■郑千里孙智波罗芳
引子
她经过三六年来的持续稳健发展，已成为磁共振光谱学与原子分子化学学创新研究基地，实现了从基础到应用基础到高技术幅射的完整链接，在国际上具有重要的影响力。
在光谱学领域，面向物理和生命剖析，重点举办磁共振光谱方式学和谱仪技术研究，充分发挥小型科学仪器平台作用，推动了我国多学科交叉的磁共振光谱学发展。
在原子分子化学领域，举办精密检测化学研究，实现了从原子分子量子态调控到原子离子频度高精度应用，尤其在原子频标方面产生了“探索一代、研制一代、应用一代”的发展格局。这个国家重点实验室（以下简称国重室）到底是何“波长”和“频谱”？近来笔者走入武汉小洪河北30号一探究竟。
一、精神弘扬首批入选
磁共振光谱学科生命之树常青，由老校长王天眷先生于1961年初成立。经科学家和技术专家多年的不懈努力，在光谱及核磁共振谱仪等方面先期就奠定了基础。
1985年，中科院高层远见洞察，构建首批对外开放的18个实验室，光谱与原子分子化学开放研究实验室入围。1986年，国家计委为强化和推动我国基础研究，着手建设国家重点实验室。在原北京化学研究所叶朝辉等老一辈科学家的积极努力下，光谱与原子分子化学国家重点实验室通过国家初验并即将对外开放，占据了先发机遇。1996年，原上海化学所与上海语文数学研究所合并成立北京化学与物理研究所（简称物数所），光谱与原子分子化学国家重点实验室急剧步入新的发展期。
“工欲善其事，必先利其器”，国家给与110万港元（约380亿元人民币）启动经费，叶朝辉果断决策，动用这笔外汇的“大头”，订购了科研必不可少的固体核磁共振谱仪及相关设备。
叶朝辉教授1942年出生，学院结业后仍然从事光谱学与量子电子学的研究，是我国固体高分辨核磁共振研究的创始人。他眼神高远，捉住“平台”和“人才”建设两个关键诱因，掌握并管理国重室、研究所的发展朝向，使其在国家层面彰显“引领”的重要性，是众人交口称道的战略科学家。
“叶老师率领我们进行前瞻性战略思索，好多规划和进言也都在国家层面被采纳。”物数所副主任周欣坦承，他本人于2009年从英国回到国重室从事科研，很大程度上也有感于叶朝辉的科研情结和个人魅力。
“我们在这儿读书，结业后全身心投入工作，这与科学精神的弘扬有很大关系。”周欣说，“国重室在国际舞台上有一席之地，具有较强的科研竞争力，不是东一铁锤西一棒子地做科研，哪些热门就随大流做哪些。”
二、左膀手指势在必得
1995年求贤若渴的叶朝辉国外外遍寻英才。听一位老科学家推荐詹明生，他立刻到中科院山西光机所，登门约请詹明生加盟国重室。詹明生到来后除了强化了原子分子化学研究实力，还率先建成了国外首个冷原子化学实验平台。
1995年中科院刚开通因特网，叶朝辉领衔的国重室也最早启用了电子邮箱。有三天叶朝辉喜出望外，收到刘买利从美国纽约发来的信函。叶朝辉当即回信说：“你的文章我已经关注了。”
随着刘买利对物数所的进一步了解，他抒发了1996年10月在美国纽约学院物理系获得博士学位后可以到上海做博士后的心愿，得到叶朝辉的热忱欢迎。
“刘买利给我们平添了新鲜活力，他在这儿做科研很开心。”时隔21年，叶朝辉教授追忆说，“他在海外读博前是西南学院剖析测试中心副所长，读嘉实搞的多量子核磁共振是我本人倾心的科研领域，我关注他的优秀文章顺理成章。”
血浆等生物样品以水作溶剂时，因为水质子的含量比生物分子的含量高5到6个数目级，要测量其中一些物质的浓度，只有抑制水的共振峰能够获得有用的信息。
被叶朝辉引进到国重室工作的刘买利很快就开创了科研新局面，团队发展出4种新的实验技巧和一个理论模型，其中具有高效率和高选择性的溶剂峰抑制峰法W5，被主要核磁共振设备厂商作为标准方式提供给用户，就是由于W5在抑制效率、选择性和作用时间上具有显著优势。
目前，使用W5方式的研究人员星罗棋布，包括日本在内的20个国家的近百个实验室或单位，分别用于蛋白质、DNA/RNA、多糖等生物分子结构和动力学的核磁共振研究。
詹明生和刘买利前后脚到来，既成为国重室的主心骨，也成为叶朝辉得力的左膀手指。叶朝辉兼任后，他俩先后出任研究所的主任。
三、立足平台勤于研究
詹明生完善实验平台，围绕冷原子化学与基于原子的量子信息，勤于举办科学研究，实现了十二米原子喷泉、单原子拘禁和原子阵列旋转、量子比特操控、异核原子受控碰撞等。
2015年7月，詹明生和王谨课题组厚积薄发，在微观粒子等效原理检验方面取得了重要进展，提出并实现了新的四波双衍射拉曼冷原子干涉方案，借助双组分原子干涉仪举办检验弱等效原理的实验，检验精度达到10-8，实现了微观粒子等效原理迄今为止最精确的实验检验，相关研究成果发表于《物理评论快报》。她们借助两种原子干涉仪，巧妙完善了一个微观世界的汉堡斜塔实验：用原子喷泉和受激拉曼跃迁技术，实现两个同步自由落体的原子干涉仪，成功检测出两种原子重力加速度是否存在差别。
邓风常年从事多相催化和材料物理的固体核磁共振研究工作。他觉得，科研中有烦恼也有乐趣。
金属锌的核磁共振很难做，邓风课题组明知山有虎偏向虎山行，经过多年努力，第一次在实验上看见催化剂上浓度只有2%的金属锌的核磁共振讯号，并且讯号提高了16倍。
邓风将相关论文投寄出去后，第一个审稿人觉得该工作一文不值，其他三个审稿人都给与了高度评价。邓风不服气，要求主编重新找人审稿，直至主编找到第五位审稿人，这个关于硅藻土分子筛催化剂活性中心协同效应的固体核磁共振研究的新进展才总算问世，2016年11月在线发表于《德国应用物理》。
邓风外表清俊尔雅，实则有一颗强悍的内心：国际同行由于偏见难免走眼，但做好科研要坚持真理，有勇于“叫板”的胆气。
唐淳是“国家杰出青年科学基金”获得者，他正由于看好国重室的环境和气氛，2009年舍弃在日本早已做了三年助理院长的位置，选择来到物数所。2012年他获得英国HHMI国际青年科学家奖时，当初全球共有28人，我国仅有7人获此佳绩。
四、审时度势学科交叉
2000年在磁共振国际学术大会上刘买利遇见雷皓，由于研究方向彼此倾心。第二年他俩又不约而同在关岛参会，经刘买利的动员，雷皓来到物数所。
雷皓归国后最初的科研方向，是一个关于触觉系统的锰离子成像的基金项目，不想却遭到当时远在英国的徐富强的关注。
2002年至2007年，徐富强在哈佛学院任副研究员，用磁共振举办味觉系统的研究，见到雷皓发表的相关论文，触发了到北京工作的意愿，当即写了封电邮与从未相熟的雷皓联系。
雷皓知悉徐富强有归国发展的意愿，当即申请中科院的高访项目到徐富强实验室。
雷皓在哈佛学院做访问学者的三个月堪称“一举两得”：既为徐富强被引进到上海工作明晰头绪，构建起推介的红色通道；同时顺利写出有关盲人脑功能核磁成像的论文并发表。
“徐富强的年资比我大许多，假如当时我没有申请第一个基金项目，其实就不会从日本引进徐富强。”雷皓回想这段经历时这么慨叹。
徐富强有日本物理和分子生物学双博士学位，他2007年初从哈佛学院来到北京，年末就获得“国家杰出青年科学基金”资助，多年来利用磁共振脑功能成像、分子生化和电生理等方式，研究基础味觉系统的神经科学，包括与重大病症之间的关系，成果颇多。
叶朝辉教授和刘买利校长早年审时度势，觉得生命科学中的骨科学和蛋白质科学除了关系民生，也已成为核磁共振光谱学研究中最为活跃的领域，决策以生命科学为牵引，不断进行学科交叉，逐渐使国重室的光谱学研究从数学、化学领域延展到生命科学领域。
2000年后，国重室的磁共振光谱学科先后引进一批有化学、化学、生物背景的青年人才，培养和引进相结合，其中邓风于2004年、徐富强于2007年、唐惠儒于2008年、唐赫连2012年、杨俊于2014年、周欣于2016年分别获得“国家杰出青年科学基金”资助，团队迅速发展壮大，并于2009年获得国家自然科学基金委创新研究群体的捐助。
2008年，以国重室的磁共振光谱学科作为基础，上海磁共振中心即将挂牌。该中心作为全省17个小型科学仪器中心之一，为全省光谱学提供支撑和服务，而且定位明确：以核磁共振技术为主，举办科学研究、技术支撑、学术交流和交叉型人才培养；将数学、化学、生物学、医学多学科进行充分交叉。
五、静心“入定”出神入化
柳晓军曾在发达国家从事三年多的学术访问及博士后研究，他觉得自己海外学成归来，在国外做原子分子化学研究，上海物数所的国重室无疑能提供最好的平台。2006年8月，柳晓军来到物数所工作。
构建研究平台是个较摧残人的过程，柳晓军向叶朝辉、詹明生等旅长学习，做到早日“入定”。一切从零开始，他和中学生一起拧螺钉、抽真空、调装置、测讯号。有几个月的时间，获得的电子谱讯号跟数学上的预言不一样，排除各类诱因后，最后发觉是加工的磁屏蔽系统的去磁疗效不好，看上去这是个小问题，就是由于当时忽视了加工精度可能导致的实验误差，但却花费了大量时间。2007年末，柳晓军总算在装置上观测到了高分辨电子谱讯号，“给我的教训和启悟就是：做科研要一板一眼、扎扎实实，任何一个微小细节都将决定最后胜败”。
2009年，35岁的柳晓军获得“国家杰出青年科学基金”的支持，成为当时我国原子分子化学领域最年青的“杰青”获得者。在成功研发出首套电子谱仪基础上，2010年他争取到中科院仪器研发专项，进一步瞄准原子分子中的超快多体关联效应研究前沿，研发可进行电子-离子符合检测的高分辨动量成像谱仪。该设备的研发涉及超高真空制备、电磁场精确控制、荷电粒子的动量高分辨检测等多项关键技术，要有100%的耐心和悉心。在设备最终调试的整整三个礼拜中，柳晓军几乎都是在“入定”中渡过。
只有“入定”才才能出神入化。在超快强激光与原子分子互相作用研究方面，柳晓军由于才能“入定”，在《物理评论快报》等刊物上发表SCI论文60余篇，受邀为新加坡数学学会综述性刊物of撰写研究领域评论文章，作出了一系列重要的科研成绩，成为我国该科研领域的新锐。
六、不负重托自主研制
核磁共振光谱仪在科教、生产及人类生活的各个领域中，日渐显现出越来越重要的作用，研究和生产深受发达国家的高度注重，年产量达数百亿港元，而我国的核磁共振光谱仪至今主要依赖进口。
2006年，国重室承当了国家科技支撑计划“~核磁共振光谱仪的研发”任务。在叶朝辉重托下，刘朝阳经过3年努力，除了初步构建了核磁共振仪器研制平台，还研制成功国外首台具有自主知识产权的核磁共振光谱仪，总体技术达到国际同类产品水平，具有高码率等优点，且成本仅为同类产品的三分之一，实现了自主研发的现代高场核磁共振光谱仪从无到有的突破，弥补了国外空白。
刘朝阳是国重室自行培养的青年科研骨干，他2001年博士结业后，承当国重室及上海磁共振中心的技术支撑工作，同时还负责原子频标电路系统的设计与研发。中科院2009年度“现有关键技术人才”，全院共有19人上榜，刘朝阳荣列其中。
2011年，刘朝阳继续承当科技部重大科学仪器设备开发专项项目，着手举办超导核磁共振光谱仪的产业化工作。目前超导核磁共振光谱仪声誉在外，已在诊所和科研单位进行试用。日本牛津仪器公司一路探幽，经过几年来对我国市场环境与产品技术的调查剖析，已与技术团队举办实质性合作，构建了国外惟一的高场核磁共振光谱仪生产基地。
七、曲径通幽“点亮”肺部
以原子分子化学的基本原理为基石，若朝着应用领域拓展可以弄成频标，若才能与光谱有机结合，才能创新形成新的仪器。
周欣从数学走到物理，从生物再走到医学，其走过的曲径通幽科研公路，也符合核磁共振学科国际发展的大趋势。
周欣在国重室读研期间，由于当时核磁共振光谱仪资源紧张，实验要事先约机，中学生一个学期只能约一次，根本满足不了自己的实验要求，于是他找了刘买利和詹明生，提出自己修旧仪器并加以借助的方案，得到了两位领导的认可和支持。
周欣花了整整一年时间，修补借助80MHz的旧谱仪，把核磁共振光谱仪的硬件构造搞得一清二楚。
花这么多精力维修仪器有人指责，周欣却豁达地回答说：假如我不修仪器肯定不能成功，修了仪器就有可能取得成功。虽然仪器修不好我也算学了一门技术。
相比于其他人做核磁共振技术、方法和应用研究，专注维修仪器的他在当时算是“非主流”，周欣曾一天三夜没睡着，但修仪器对他的科研人生帮助很大。也正是锻练了科研中的动手能力，让周欣成为物数所第一个去耶鲁学院做博士后的人。
2012年，周欣争取到基金委国家重大科研仪器研发专项（部委推荐）——“用于人体脑部重大病症研究的磁共振成像仪器系统研发”，这和周欣硕博连读时修仪器奠定的扎实功力大有关系。
2015年9月7日，传统技术手段未能测量的脑部空腔被“点亮”，周欣团队获得中国首例脑部患者的二氧化碳磁共振影像，各大媒体争相报导。“超极化二氧化碳脑部磁共振成像技术才能无侵入、无放射性地可视化脑部通气和二氧化碳交换缺陷，为初期脑部疾患提供了全新的影像学技术。”中南诊所放射科组长如是介绍。
该项技术还对脑部的脾胃交换时间、气血交换膜长度、肺泡表面容积比等参数进行定量研究，能成功分辨健康与病变组织。影像图显示出往年难以测量到的病人的脑部通气缺陷区域，为临床诊治提供根据，非常是有助于脑部病变癌症的早发觉、早诊治。
周欣率领的团队心无旁骛，目前正早日完成临床前研究，期望超极化二氧化碳脑部磁共振成像技术未来几年内实现临床应用。
八、北斗“钟情”三部曲
梅刚华也仍然在释放自己的“电磁波”。早年他是原子分子化学研究骨干，1996年博士结业不久，就当上研究所科研处处长。此时我国卫星导航技术发展战略已见苗头，正在密谋建设北斗卫星导航系统。卫星导航系统是通过精密时间检测实现精确定位导航的，导航卫星的肾脏就是星载原子钟。
时任研究所原子频标研究室处长的朱熙文研究员已年满60岁，须要找一位能接替他的学科带头人，负责研究所承当的国外第一个星载原子钟核高基项目。梅刚华是最合适的人选。在时任院长叶朝辉的支持下，“屁股都还没有坐热”的梅刚华搬动位置原子与分子物理专业，从科研部长改任原子频标研究室处长，从此钟情于北斗系统。
当时我国的铷原子钟性能比日本相差两个数目级，并且在单元关键技术攻关中，梅刚华和他领导的团队没有一味“跟跑”，目的是为了将来实现整体技术上的“并跑”和“领跑”。她们在上百次实验的基础上，发明了一种新型微波腔，可以借助小容积原子气室激励出高硬度原子讯号，成功申请了英国专利和中国专利。
基于这些微波腔，她们设计了分离滤光的“三泡”式数学系统。这是一种全新的铷原子钟设计方案，为实现铷钟的高稳定度指标起到关键作用。
2005年，星载铷钟步入工程化样机研发阶段。为了能在一个以基础研究为主的科研机构里，研发出符合严格制造规范的航天产品，研究所专门成立了技术发展处和质量办公室两个新部门，完善了完备的质量管理体系。
2007年，梅刚华团队开始批量生产正样产品。为了保证产品质量万无一失，她们不放过每一个技术隐患。有一次，单是为了解决一个质量问题，她们就连续工作了半年，最后根据“定位确切、机理清楚、措施有效、故障复现、举一反三”的要求完成了技术“归零”。她们提供的星载铷钟产品，电性能指标达到了国外GPS系统大多数星载铷钟的水平，为我国建成北斗二号区域导航系统发挥了关键作用。
2012年，北斗工程步入北斗三号即全球系统建设阶段。此时GPS系统星载铷钟精度指标又提升了一个量级，怎么将近一个量级的差别补上去，使我国的星载铷钟达到国际并跑甚至领跑水平，成为摆在梅刚华团队面前的新任务。梅刚华率领团队进行了愈加深入系统的技术攻关，进一步改善了原子讯号的杂讯，增加了电路系统的噪音原子与分子物理专业，降低了环境电磁场和湿度变化影响，使铷钟精度提升到优于十亿分之1秒的水平，成为目前世界上精度最高的铷钟。
梅刚华团队研发的星载铷钟，指标大概每5年提升1个量级。她们用不到20年的时间，走完了日本人40多年走过的路，使我国的星载铷钟技术实现了从无到有、从有到强的“三部曲”跨越。
2015年，梅刚华领衔完成的“高性能星载铷原子钟原子讯号提高与稳定关键技术”荣获国家技术发明奖二等奖。2016年，北斗二号卫星工程入选国家科技进步奖特等奖。因为在突破北斗工程技术困局——星载原子钟方面的贡献，上海物数所成为得奖单位之一，团队负责人梅刚华成为得奖个人。2017年5月，梅刚华入选首届全省创新争先奖。
九、精密检测肩负重任
原子分子化学研究的一个重要发展方向是精密检测化学。精密检测化学学科是随着原子钟、时间频度的高精度传输与比对、原子干涉仪等相关实验技术发展而逐步成熟上去的新型学科。国重室与时俱进，将精密检测化学列入重要发展的领域之一。
5年前，叶朝辉等呼吁筹建的国家自然科学基金委精密检测重大研究计划即将立项；2015年“精密检测化学”二级学科申请获准，并列入中国科大学学院学科培养点；2016年，叶朝辉牵头承当中科院战略性科技先导专项（B类）——基于原子的精密检测化学。国重室的精密检测化学研究在全省起到了推动作用。
钙离子光钟是精密检测化学的一个重要内容。“原子与分子化学是比较古老的学科，在古老的学科里要作出新成就比较难。要有一个积累的过程，三年六年可能都不会有结果。”作为钙离子光钟研究的“973”首席科学家，高克林回顾说，“我们要做最好的。叶朝辉先生起带头作用，仍然都在鼓励我们前行，我也对中学生讲频标的精神，这是原子分子化学发展的动力。”
早年有些人对光频标不太看好，且高克林读书时学的是等离子体专业，叶朝辉给半道剃度的他鼓劲说：只要认准方向，能在科研中甘于孤寂，我就支持你！
2011年，高克林领导的拘禁离子化学研究组经过10年艰难努力，突破了系列关键技术，成功研发出我国首台基于单个软禁钙离子的“光钟”。
2012年和2015年，该团队两次检测的钙离子光钟绝对频度均被国际时间频度咨询委员会采纳，更新了钙离子光频跃迁的频度推荐值，同时使钙离子光钟成为国际秒定义诸多推荐值中的有力竞争者，为我国参与世界时间标准制订争得话语权。
2016年，高克林团队再度突破系列关键技术，研发出精度E-17的钙离子光钟，成为国际上指标最高的钙离子光钟。
十、科教融合天工开物
国重室历来注重科教融合，先后培养了千余名博士和硕士研究生，近百人次获得包括国家奖学金、中科院教授非常奖/优秀奖、中科院优秀博士学位论文等各种国家及省局级嘉奖或奖励，曾数次有优秀学子被选拔参加美国林岛“诺贝尔奖获得者会议”。
国重室培养的优秀结业生在国外外创新创业领域激浪拍石、各领淫荡，除了有一大批“总师”“杰青”“优青”等国家级科技创新人才脱颖而出，在我国三大医疗器械企业（UMY）中，“联影（）”和“迈瑞（）”掌门人均出自该实验室。
国重室瞄准低端制造武器、光电子信息和生物技术等新兴产业输出技术，并通过物数所全资的中科开物公司进行产业化：与美国牛津仪器合资创立了中科牛津光谱技术有限公司，专注于高场核磁共振光谱仪生产；创立的中科创新技术股份公司成为国外超声无损检查仪器的主要生产厂商；芯片原子钟、高精度铷钟、原子重力仪等一批极具市场价值的科技成果正在加速孵化。
刘买利校长介绍说：研究所前几年已创立了经管委，大的决定通过经管委下达执行，保证企业按市场规律运行，保证研究所的国有资产不损失。技术转移出去后，原创团队占70%，在产业的孵化阶段，科研人员视同在研究所工作，让她们没有后顾之忧，一旦技术转移出去组建公司，还可在研究所保留待遇3年。
高档医学影像武器关系国计民生，在我国当前创新驱动发展战略的背景下，生物医学影像学科发展更需重视产业需求。近些年来，国重室杰出结业生薛敏博士创立的北京联影医疗成为民族医疗武器企业的一面旗帜。
在叶朝辉教授的支持下，明年4月1日，周欣研究团队与北京联影公司联手，就“人体脑部二氧化碳磁共振成像系统”的工程产业化达成合作意向。同时，为推动深化产业化进程，促使上海市“中科川大·智谷”建设，北京物数所联合北京联影医疗、武大中南诊所等，共同发起组建“中科联影医学影像联合实验室”“生物医学影像教授工作站”和“中科天眷科创空间”，武汉区人民政府给与上述机构新政及资金支持。去年7月，重庆联影与北京市政府即将签约，将在光谷建设总部基地，其中“中科联影医学影像联合实验室”是五大业务蓝筹股之一。
国重室正在源源不断地输出人才与技术，除了在科技创新上正在实现从“跟跑”迈向“引领”，更推动民族企业从“中国制造”迈向“中国创造”。