據(jù)外媒報(bào)道，量子氣體非常適合研究物質(zhì)相互作用的微觀結(jié)果。現(xiàn)在，科學(xué)家們可以在實(shí)驗(yàn)室中精確地控制極冷氣體云中的單個(gè)粒子并揭示出在日常世界中無(wú)法觀察到的現(xiàn)象。如玻色-愛(ài)因斯坦凝聚中的單個(gè)原子是完全離域的。這意味著在任何給定的時(shí)間，在凝聚體的每一點(diǎn)上都存在相同的原子。

兩年前，由來(lái)自因斯布魯克大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理系Francesca Ferlaino領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)跟因斯布魯克奧地利科學(xué)院的量子光學(xué)和量子信息研究所首次成功地在磁性原子的超冷量子氣體中實(shí)現(xiàn)超固態(tài)。磁相互作用使原子自組織成液滴并按照規(guī)則的模式排列。

“通常情況下，你會(huì)認(rèn)為每個(gè)原子會(huì)在一個(gè)特定的液滴中被發(fā)現(xiàn)，其無(wú)法進(jìn)入彼此之間，”Francesca Ferlaino團(tuán)隊(duì)成員Matthew Norcia表示，“然而，在超固態(tài)狀態(tài)下，每個(gè)粒子在所有液滴上都是離域的，同時(shí)存在于每個(gè)液滴中。所以基本上，你有一個(gè)系統(tǒng)，它有一系列高密度區(qū)域，所有這些區(qū)域都共享相同的離域原子?！?/p>

盡管存在空間秩序（超流體），但這種奇異的結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生無(wú)摩擦流等效果。

新的維度，新的效果

到目前為止，量子氣體中的超固態(tài)只被觀察到是一串液滴（沿一維方向）?！巴ㄟ^(guò)跟漢諾威萊布尼茲大學(xué)的理論家Luis Santos和因斯布魯克大學(xué)的理論家Russell Bisset的合作，我們現(xiàn)在已經(jīng)將這種現(xiàn)象擴(kuò)展到二維并產(chǎn)生了兩行或多行液滴的系統(tǒng)，”Matthew Norcia指出。這不僅是定量的改進(jìn)，并且還極大地拓寬了研究視角。

他說(shuō)道：“比如在一個(gè)二維的超固體系統(tǒng)中，人們可以研究漩渦是如何在幾個(gè)相鄰水滴之間的孔中形成的。”Francesca Ferlaino已經(jīng)在展望未來(lái)，他表示：“雖然這些在理論上描述的渦旋尚未被證實(shí)，但它們代表了超流體的一個(gè)重要結(jié)果?！?/p>

新研究領(lǐng)域：超固體

50年前就曾有預(yù)言稱，超固態(tài)及其驚人的特性會(huì)在超流氦中得到了廣泛的研究。然而，經(jīng)過(guò)幾十年的理論和實(shí)驗(yàn)研究，仍沒(méi)有一個(gè)明確的證據(jù)證明該系統(tǒng)的超固態(tài)。兩年前，來(lái)自比薩、斯圖加特和因斯布魯克的研究小組首次獨(dú)立成功地從超冷量子氣體中的磁性原子中創(chuàng)造出所謂的超固體。超固體這一新興的、不斷發(fā)展的研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)是磁性原子的強(qiáng)極性，其相互作用特性使得在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造出物質(zhì)的這種矛盾的量子力學(xué)狀態(tài)成為可能。