本周三，科学家们表示，他们首次成功地搅拌了一种被称为“超固体”的奇怪物质，这种物质既是刚性的，又是流体的，这为这种量子怪现象的双重性质提供了直接证据。

在日常生活中，物质有四种状态 —— 固体、液体、气体和更罕见的等离子体。

但物理学家长期以来一直在研究所谓的“奇异”物质状态，这些状态是在极高的能级或极低的温度下产生的，它们接近绝对零度（-273.15摄氏度或-459.67华氏度）。

在这些极端条件下，物质开始表现出与我们习惯的非常不同的行为。

液体或气体等流体可能会或多或少地受到流动阻力，这是通过粘度来衡量的。例如，蜂蜜比水更粘稠。

超流体是一种极冷的外来物质，粘度为零 —— 没有阻力，所以它们可以自由流动。

如果在杯子里搅拌一种超流体，它会无限地流动，不会减慢速度。

半个多世纪以前，物理学家预言了“超固体”状态的存在。

它是一种既具有固体性质又具有超流体性质的物质，其中一部分原子在晶格中无摩擦流动，晶格是点或物体的规则排列，是刚性晶体结构。

“就像格鲁耶尔奶酪上的洞”

研究人员以前曾设法用几种方法观察超固体内部的这些晶体结构。

但奥地利因斯布鲁克大学的物理学家弗朗西斯卡·费莱诺（Francesca Ferlaino）说，对这种物质流动的奇异方式的直接观察仍然难以捉摸。

直到周三，费莱诺领导的一项新研究发表在《自然》杂志上。

费莱诺表示，研究小组成功地搅动了一个超固体来观察微小的漩涡 —— 被称为量子化漩涡 —— 这是“超流动性的确凿证据”。

“想象一下，你拿着一杯咖啡，用勺子轻轻搅动一下，”她解释说。

“你会看到咖啡绕着中心旋转，如果你仔细观察，中间可能有一个漩涡，液体在那里旋转得最快。这是常规流体中漩涡的一个经典例子。”

现在想象一下，咖啡被一种超流体取代。

“如果你慢慢地旋转勺子，你会惊讶地发现超流体根本不会随着勺子一起旋转 —— 它保持完全静止，就好像没有任何东西干扰它一样，”费莱诺说。

然而，如果你让勺子旋转得更快，而不是在中心形成一个大漩涡，就会发生一些了不起的事情。一系列微小的漩涡，或量子化的漩涡，开始出现，”她说。

“这些就像流体中的小孔，每个都以特定的速度旋转，”她解释说。

“相反，它们在超流体表面以美丽、规则的模式排列，几乎就像格鲁耶尔奶酪上的洞，但组织得很完美。”

爆炸的恒星

2021年，因斯布鲁克大学的研究小组在实验室中将特定的原子和分子冷却到极低的温度，创造了一种长寿的二维超固体。

该研究的主要作者伊娃·卡索蒂说：“下一步 —— 开发一种不破坏其脆弱状态的搅拌超固体的方法—— 需要更高的精度。”

研究小组利用磁场小心地旋转他们的超固体，搅拌它，产生漂亮的量子化漩涡。

费莱诺说：“我们的发现为超固态的双重性质提供了有力、直接的证据。”

研究人员表示，这一突破将使在实验室中模拟通常只发生在真正极端条件下的现象成为可能。

这包括中子星中心发生的事情，当大质量恒星变成超新星时，中子星的核心会留下非常密集和紧凑的内核。

参与该项目的托马斯·布兰德在一份声明中说：“据推测，在中子星中观察到的旋转速度的变化 —— 所谓的小故障 —— 是由中子星内部的超流体涡流引起的。”

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！