科学家首次在偶极量子气体中实现二维超固体，特殊物质状态或揭示众多可能性

量子物质可以同时是固体和流体——这种情况被称为超固体。由Francesca Ferlaino领导的奥地利和德国科学家团队，首次在二维空间中创造了这种迷人的性质，在偶极量子气体中实现二维超固体。相关成果在《自然》杂志上发表，这个实验为进一步研究这种奇特的物质状态提供了许多可能性。

量子气体非常适合研究物质相互作用的微观结果。今天，科学家们可以在实验室中精确地控制极冷气体云中的单个粒子，揭示出在日常世界中无法观察到的现象。例如，玻色-爱因斯坦凝聚中的单个原子是完全离域的。

这意味着在任何给定的时间，在凝聚体的每一点上都存在相同的原子。磁相互作用使原子自组织成液滴，并按照规则的模式排列。

“通常情况下，你会认为每个原子会在一个特定的液滴中被发现，没有办法进入它们之间，”研究人员马修·诺尔西亚说。“然而，在超固态状态下，每个粒子在所有液滴上都是离域的，同时存在于每个液滴中。所以基本上，你有一个系统，它有一系列高密度区域(水滴)，所有这些区域都共享相同的离域原子。”尽管存在空间秩序(超流体)，但这种奇异的结构可以产生无摩擦流等效果。

到目前为止，量子气体中的超固态只被观察到是一串液滴(沿一维方向)。“我们现在已经将这种现象扩展到二维，产生了两行或多行液滴的系统，”Matthew Norcia解释说。这不仅是定量的改进，而且极大地拓宽了研究视角。

“例如，在一个二维的超固体系统中，人们可以研究漩涡是如何在几个相邻水滴之间的孔中形成的。”Francesca Ferlaino已经在展望未来:“这些在理论上描述的涡旋尚未被证实，但它们代表了超流体的一个重要结果。”

这项实验，为进一步研究这种迷人物质状态的基础物理学创造了新的机会。

50年前科学家们就预言过，超固态及其惊人的特性已经在超流氦中得到了广泛的研究。然而，经过几十年的理论和实验研究，仍然没有一个明确的证据证明该系统的超固态。

两年前，有研究小组首次独立成功地从超冷量子气体中的磁性原子中，创造出了所谓的超固体。超固体这一新兴的、不断发展的研究领域的基础，是磁性原子的强极性，其相互作用特性，使得在实验室中创造出物质的这种矛盾的量子力学状态成为可能。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：https://phys.org/news/2021-08-two-dimensional-supersolid-quantum-gas-laboratory.html