科學家週三表示，他們首次成功地攪拌了一種被稱為「超固體」的奇怪物質——它既是剛性的又是流體的——這為這種量子奇異現象的雙重性質提供了直接證據。
日常生活中，有四種– 固體、液體、氣體和較稀有的等離子體。
但物理學家長期以來一直在研究所謂的「奇異」物質狀態，這些狀態是在令人難以置信的高能量水平或接近絕對零度（-273.15 攝氏度或-459.67 華氏度）的寒冷溫度下產生的。
在這些極端條件下，物質的行為開始與我們習慣的非常不同。
液體或氣體等流體可能會受到或多或少的流動阻力，這是透過黏度來測量的。例如，蜂蜜比水更黏稠。
超流體是一種極冷的奇異物質，黏度為零——沒有阻力，因此它們可以自由流動。
如果超流體在杯子中攪拌，它會無限地流動而不會減慢速度。
半個多世紀前，物理學家預言了「超固體」狀態的存在。
它是一種同時具有固體和超流體特性的物質，其中一小部分原子無摩擦地流過剛性晶體結構的晶格（點或物體的規則排列）。
“就像格魯耶爾奶酪上的洞”
研究人員先前曾設法透過多種方式觀察超固體內的這些晶體結構。
但奧地利因斯布魯克大學的物理學家弗朗西斯卡·費萊諾表示，對這種物質流動的奇異方式的直接觀察仍然難以捉摸。
直到費萊諾領導的一項新研究在期刊上發表自然 週三。
費萊諾告訴法新社，該團隊成功地攪動了超固體，以觀察微小的漩渦（稱為量子渦流），這是「超流動性的鐵證」。
「想像一下你有一杯，然後用湯匙稍微攪拌一下，」她解釋道。
“你會看到咖啡繞著中心旋轉，如果你仔細觀察，中間可能有一個漩渦，那裡的液體旋轉速度最快。這是普通流體中漩渦的典型例子。”
現在想像一下咖啡被替換為超流體。
費萊諾說：“如果你慢慢地旋轉勺子，你會驚訝地發現超流體根本不隨勺子一起旋轉——它保持完全靜止，就好像沒有任何東西幹擾它一樣。”
「然而，如果你更快地旋轉勺子，而不是在中心形成一個大漩渦，就會發生一些值得注意的事情。一系列微小的漩渦或量子化漩渦開始出現，」她說。
「這些就像流體中的小孔，每個孔都以特定的速度旋轉，」她解釋道。
“相反，它們在超流體表面排列成美麗、規則的圖案，幾乎就像一塊格魯耶爾奶酪上的孔，但組織得很好。”
爆炸的星星
2021 年，因斯布魯克大學團隊透過在實驗室中將特定原子和分子冷卻至極低溫度，創造了一種長壽命的二維超固體。
「下一步——開發一種攪拌超固體而不破壞其脆弱狀態的方法——需要更高的精度，」該研究的主要作者伊娃·卡索蒂（Eva Casotti）說。
研究小組利用磁場小心地旋轉超固體，攪拌它以產生漂亮的量子化漩渦。
費萊諾說：“我們的發現為我們提供了強有力的、直接的證據，證明超固態的雙重性質。”
研究人員表示，這項突破將使在實驗室中模擬通常只在真正極端條件下發生的現象成為可能。
這包括中子星中心發生的事情，即大質量恆星變成超新星時留下的極其緻密和緊湊的核心。
參與該計畫的托馬斯·布蘭德（Thomas Bland）表示：“假設中子星中觀察到的旋轉速度的變化（即所謂的毛刺）是由中子星內部的超流體渦流引起的。”說在一份聲明中。
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