最简单地说,物质可以以固体、液体、气体或等离子体的形式出现。但是,如果你可以将这些不同状态的基本属性结合起来,创造出一种奇怪的混合形式的物质,以某种方式同时以固体和液体的形式存在呢?
两个独立的物理学家团队表示,他们已经成功做到了这一点,通过产生超固体- 异国风情它具有固体的晶体结构,但像液体一样流动——他们说这可能是有史以来第一个超固体。
超固体应该是不可能的,因为正如其中一个团队指出的,固体和液体的性质通常是相互排斥的。
但早在 1969 年,俄罗斯物理学家就预测了超固体的存在,当时俄罗斯物理学家假设氦 4 同位素可以同时跨越固态和液态。
唯一的问题是,当时每个人都认为不可能创造出超固体。
在接下来的几十年里,物理学家瞥见了这种奇怪的量子态,但实验结果却笼罩在不确定性之中。
时间回到2004年宾夕法尼亚州立大学的研究人员宣布,他们通过将固态氦冷却到绝对零度以上(约零下 273 摄氏度)不到十分之一度,实现了看似超固态的状态。
他们突然能够比以前更容易地操纵它,这向他们暗示他们已经实现了一种全新的物质状态,具有固体和固体的特性。超流体- 粘度为零的液体。
澳大利亚昆士兰大学的物理学家罗斯·麦肯齐 (Ross McKenzie) 表示:“从某种意义上说,它是固体,它有一定的刚性,就像日常固体一样。但它有一种非常奇怪的特性,即物质可以在没有任何粘度的情况下流动。” ,谁没有参与这项研究,当时告诉美国广播公司新闻。
但在这个过程能够被复制之前,该团队仍然不愿意将他们制造的东西称为超固体,因为他们不能排除玻璃容器内没有薄薄的一层液体并扭曲结果的可能性。
快进到 2006 年,康奈尔大学的物理学家约翰·雷皮 (John Reppy) 声称已经揭穿了宾夕法尼亚州立大学的超固体现象。
臭名昭著的“超固体的克星”,Reppy尝试使用一种称为扭转振荡器的装置来复制该实验,并表示超固态的出现仅仅是晶体结构缺陷的结果,
“超固体信号不是由纯晶体的固有量子行为引起的,而是由结构无序引起的,这就是为什么当缺陷出现时它就会消失,”尤金妮·塞缪尔·赖克 (Eugenie Samuel Reich) 解释说自然。
2010 年,Reppy 的另一项实验似乎在超固体的棺材上钉下了另一个钉子。
据赖希报道研究结果表明,Reppy 发现了一种“量子可塑性”,即固体氦 4 随着温度升高而柔软度急剧增加,但随后随着温度降低而再次变硬。
“这种硬化会导致扭转振荡器的频率增加并模拟超固体信号,”赖希说。
“我很失望这不是超固体,”雷皮当时说。
物理学家无法决定谁是对的——宾夕法尼亚州立大学团队真的实现了超固体状态,还是雷皮揭穿了它?
从那时起,超固体是否可能存在仍然存在争议,但美国和瑞士研究人员的新实验结果可能最终会扭转局面,或者使事情变得更加复杂。
来自麻省理工学院和苏黎世联邦理工学院的团队声称已经以一种奇特的物质形式生产出了超固体,这种物质被称为“超固体”。玻色-爱因斯坦凝聚- 在超冷温度下形成的一种物质状态,其中原子的行为就像波一样。
从一个开始的好处是它是一种超流体,所以你已经成功了一半。
正如艾米丽·科诺弗 (Emily Conover) 报道的那样科学新闻,团队使用不同的方法来达到相同的结果。
他们通过在原子中产生规则的密度变化,设法使超流体同时表现得像固体。这创造了类似于固体晶体的重复原子结构的东西,但流体仍然能够流过这个固体系统。
从某种意义上说,他们创造了可以流过自身且阻力为零的物质。
“这当然是第一个你可以明确地观察一个系统并说它既是超流体又是固体的情况,”萨朗·戈帕拉克里希南说来自纽约城市大学,他没有参与这项研究。
实现超固态的说法必然会引起争议,而且两个团队都保持沉默,直到结果经过同行评审(他们已经提交给期刊,并且正在接受我们所说的过程)。
最大的不确定性在于我们如何定义实际的超固体,以及使用玻色-爱因斯坦凝聚体代替固体氦 4 是否是一种合法的方法。
“超固体的想法非常奇怪,因为超流体和固态相互竞争,而且在大多数材料中,原子被迫选择其中之一,”康诺弗解释道。
“但是在,这两种状态可以更轻松地和谐相处,使奇怪的材料不像超固体氦 4 那样违反直觉。”
事实上,这些超固体是通过手动调整材料的内部结构而产生的,而不是像宾夕法尼亚州立大学团队对固体氦 4 所做的那样简单地使其承受温度波动,这一事实可能会被视为“作弊”。
我们必须看看结果是否可以复制才能确定,但看起来超固体的竞赛可能刚刚重新启动,我们很高兴看到它的发展方向。