超固体，物资的怪异阶段，拥有怎么样奥秘的性质？

浠水长流

物理学家将物资的怪异阶段调配到一个额定的维度
超固体的原子能够在不损失能量的状况下挪动
激光+超凉气体，开启物资变动新维度——超固体
超固体的原子能够在不损失能量的状况下挪动

图解：艺术家对超固体的印象描画，它既像固体又像液体。图源：IQOQI Innsbruck/Harald Ritsch
物理学家创造了有史以来第一个二维超固体——一种怪异的物资相，表示为固体和无磨擦液体共存。

图解：二维超固体。图源：sciencetimes
超固体是一种晶体资料，其原子摆列构造规定且反复，也可以永久活动而不损失任何动能。只管它们的怪异性质似乎违反了许多已知的物理定律，但物理学家早在1957年就在物理学家尤金·格罗斯（Eugene Gross）的任务中初次提出了实践上的预测。
当初，经过使用激光和超凉气体，物理学家终于将超固体诱导成为了二维构造，这一提高能够让迷信家们破解奇怪物资相奥秘性质面前的深层物理。
钻研人员特别感兴致的是，当二维超固体旋转成一个圆圈时，它们将如何表示，以及它们外部会泛起的小旋涡或旋涡。

图解：对收缩的玻色-爱因斯坦凝聚环的概念图。图源：Emily Edwards, Joint Quantum Institute
次要作者、奥天时因斯布鲁克大学量子光学和量子信息钻研所（IQOQI）的物理学家马修·诺西亚（Matthew Norcia）在一封电子邮件中告知《糊口迷信》。“例如，咱们但愿经过钻研旋转振荡，以及在二维零碎比在一维零碎中更易存在的旋涡，学到得多货色。”
为了制作超固体，钻研小组在光学镊子内悬浮了一团镝-164原子，而后使用一种称为激光冷却的技术将原子冷却到略高于零开尔文（零下459.67华氏度，或零下273.15摄氏度）。
图解：镝（Dy）。镝-164原子（原子序数：66）的原子核组成和电子构型图，镝是该元素最多见的同位素。原子核由66个质子（白色）和98个中子（蓝色）组成。66个电子（绿色）结合到原子核，挨次占领可用的电子壳（环）。。图源：SCIENCE PHOTO LIBRARY
向气体发射激光通常会使气体升温，但若激光束中的光子（光粒子）沿与挪动气体粒子相同的标的目的传布，它们实际上会致使气体粒子变慢并冷却。在用激光尽量地冷却镝原子后，钻研人员松开了光镊的“把手”，为最高能的原子发明了足够的空间去逃逸。
因为“较热”的粒子对比冷的粒子颤动得更快，这项技术称为蒸发冷却，能够让钻研人员只留下过冷的原子；这些原子被转变为了一种新的物资相：玻色-爱因斯坦凝聚体：一组被过冷到绝对零度的原子。

图解：将铷原子冷却到绝对零度以上不到1700亿分之一的温度，致使单个原子凝固成一个“超级原子”，表示为一个繁多的实体。该图显示了时间上的三维延续快照，其中原子从密度较低的白色、黄色和绿色区域凝聚成十分密集的蓝色到红色区域。图源：physx
当一种气体被冷却到接近零度的温度时，它的一切原子都会失去能量，进入相反的能量形态。因为咱们只能经过视察原子的能级来区别气体云中其余相反的原子，这类平衡拥有深远的影响：从量子力学的角度来看，组成较暖气体的原子的振动、颤动和碰撞的一度彻底不同的原子云变得彻底相反。
这为一些真正奇怪的量子效应关上了大门。海森堡的测不许原理说作为量子行动的一个症结规定，其中说到，不克不及绝对精确地知道粒子的地位和动量。但是，既然玻色-爱因斯坦凝聚态原子再也不静止，它们的一切动量都是已知的。这致使原子的地位变得如斯不肯定，以致于它们可能占领的地位的面积比原子之间的空间更大。

因此，隐约玻色-爱因斯坦凝聚球中的堆叠原子就好像它们只是一个巨粒子，而不是离散的原子。这给一些玻色-爱因斯坦凝聚体赋与了超流体的性质：允许它们的粒子在没有任何磨擦的状况上流动。事实上，假如你搅拌一杯超流体玻色-爱因斯坦凝聚体，它将永久不会住手旋转。
钻研人员使用镝-164（镝的一种同位素），由于它（与元素周期表上的相邻元素钬一同）是一切已发现元素中最具磁性的。这象征着，当镝-164原子过冷时，除了变为超流体外，它们还会萃在一同造成液滴，像小棒状磁铁同样互相粘附。

Norcia说，经过“子细调剂原子之间的长程磁互相作用和短程接触互相作用之间的均衡”，该团队可以制作出一个长的一维液滴管，其中也包孕自在活动的原子——一维超固体。这是他们之前的任务。
为了完成从一维到二维超固体的奔腾，钻研小组使用了一个更大的原子阱，并在两个标的目的上升高了光镊光束的强度。这与在圈套中放弃足够的原子以放弃足够高的密度一同，终究使它们可以造成一种锯齿形的液滴构造，相似于两个彼此相邻的偏移一维管，一个二维超固体。

图解：钻研人员将他们的原子阱设计成彻底由激光制成，发生了一个十分平滑的全光环情势，能够在其中钻研超流和原子电子。图源：JQI
跟着其创立工作的实现，物理学家们当初但愿使用他们的二维超固体来钻研一切因拥有这个额定维度而发生的属性。例如，他们方案钻研在阵列液滴之间泛起并被捕捉的旋涡，特别是由于这些旋涡原子最少无理论上能够永久螺旋。
这也使钻研人员更接近Gross等初期提案所构想的体积、三维、超固体，以及它们可能拥有的更加奇特的性质。
BY: Ben Turner
FY: 武薇
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