科学家周三表示，他们首次成功地搅拌了一种被称为“超固体”的奇怪物质——它既是刚性的又是流体的——这为这种量子奇异现象的双重性质提供了直接证据。
日常生活中，有四种– 固体、液体、气体和更稀有的等离子体。
但物理学家长期以来一直在研究所谓的“奇异”物质状态，这些状态是在令人难以置信的高能量水平或接近绝对零（-273.15 摄氏度或-459.67 华氏度）的寒冷温度下产生的。
在这些极端条件下，物质的行为开始与我们习惯的非常不同。
液体或气体等流体可能会受到或多或少的流动阻力，这是通过粘度来测量的。例如，蜂蜜比水更粘稠。
超流体是一种极冷的奇异物质，粘度为零——没有阻力，因此它们可以自由流动。
如果超流体在杯子中搅拌，它会无限地流动而不会减慢速度。
半个多世纪前，物理学家预言了“超固体”状态的存在。
它是一种同时具有固体和超流体特性的物质，其中一小部分原子无摩擦地流过刚性晶体结构的晶格（点或物体的规则排列）。
“就像格鲁耶尔奶酪上的洞”
研究人员此前曾设法通过多种方式观察超固体内的这些晶体结构。
但奥地利因斯布鲁克大学的物理学家弗朗西斯卡·费莱诺表示，对这种物质流动的奇异方式的直接观察仍然难以捉摸。
直到费莱诺领导的一项新研究在期刊上发表自然 周三。
费莱诺告诉法新社，该团队成功地搅动了超固体，以观察微小的漩涡（称为量子涡流），这是“超流动性的铁证”。
“想象一下你有一杯，然后用勺子稍微搅拌一下，”她解释道。
“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，那里的液体旋转速度最快。这是普通流体中漩涡的典型例子。”
现在想象一下咖啡被替换为超流体。
费莱诺说：“如果你慢慢地旋转勺子，你会惊讶地发现超流体根本不随勺子一起旋转——它保持完全静止，就好像没有任何东西干扰它一样。”
“然而，如果你更快地旋转勺子，而不是在中心形成一个大漩涡，就会发生一些值得注意的事情。一系列微小的漩涡或量子化漩涡开始出现，”她说。
“这些就像流体中的小孔，每个孔都以特定的速度旋转，”她解释道。
“相反，它们在超流体表面排列成美丽、规则的图案，几乎就像一块格鲁耶尔奶酪上的孔，但组织得很好。”
爆炸的星星
2021 年，因斯布鲁克大学团队通过在实验室中将特定原子和分子冷却至极低温度，创造了一种长寿命的二维超固体。
“下一步——开发一种搅拌超固体而不破坏其脆弱状态的方法——需要更高的精度，”该研究的主要作者伊娃·卡索蒂（Eva Casotti）说。
研究小组利用磁场小心地旋转超固体，搅拌它以产生漂亮的量子化漩涡。
费莱诺说：“我们的发现为我们提供了强有力的、直接的证据，证明超固态的双重性质。”
研究人员表示，这一突破将使在实验室中模拟通常只在真正极端条件下发生的现象成为可能。
这包括中子星中心发生的事情，即大质量恒星变成超新星时留下的极其致密和紧凑的核心。
参与该项目的托马斯·布兰德（Thomas Bland）表示：“假设中子星中观察到的旋转速度的变化（即所谓的毛刺）是由中子星内部的超流体涡流引起的。”说在一份声明中。
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