无厘头研究, 量子
如果你触摸量子超流体会发生什么
一项实验终于揭示了触碰量子超流体会是什么感觉。
物理学家们将一个特殊的、手指大小的探针浸入一种被冷却到略高于绝对零度的氦的同位素中，并记录了其中的物理性质。
他们说，这是我们第一次对量子宇宙的感觉有了一点了解。而且没有人必须忍受可怕的冻伤，或者毁掉一个实验，才能真正发现。
英国兰开斯特大学的物理学家Samuli Autti领导了这项研究，他说:“从实际意义上说，我们不知道‘触碰量子物理是什么感觉’这个问题的答案。”
“这些实验条件是极端的，技术也很复杂，但我现在可以告诉你，如果你能把手伸进这个量子系统，你会有什么感觉。在量子物理学100年的历史上，没有人能够回答这个问题。我们现在表明，至少在超流体3He中，这个问题是可以回答的。”
超流体是一种物质状态，表现为零粘度或零摩擦的流体。有两种氦的同位素可以产生超流体。当冷却到略高于绝对零度(-273.15摄氏度或-459.67华氏度)时，氦-4同位素的玻色子速度足够慢，可以重叠成一个高密度原子簇，表现得像一个超原子。
氦-3有点不同。它的原子核是费米子，一类与玻色子自旋不同的粒子。当冷却到一定温度以下时，费米子会结合在一起，形成所谓的库珀对，每个库珀对由两个费米子组成，共同形成一个复合玻色子。这些库珀对的行为与玻色子完全相同，因此可以形成超流体。
奥蒂和他的团队一直在研究氦-3费米子超流体，他们发现，尽管库珀对非常脆弱，但研究人员可以在不破坏这些对的情况下在内部插入一根导线，甚至不会扰乱超流体的流动。因此，该团队决定设计一个探针来近距离研究流体的性质。
嗯，这确实有点奇怪。流体的表面似乎形成一个独立的二维层，将热量从杆上带走。研究人员发现，其下方的超流体大部分几乎像真空一样；它完全是被动的，根本感觉不到任何东西。
与探针相互作用的唯一部分是二维表面层。只有当向其中注入巨大的能量时，才能接触到主体。超流体的热机械性质完全由二维层决定。
“如果你能把手指伸进去，这种液体摸起来应该是二维的。超流体的主体感觉是空的，而热量沿着主体的边缘在一个二维子系统中流动——换句话说，沿着你的手指流动，”Autti说。
“这也重新定义了我们对超流体[氦-3]的理解。这对科学家来说，可能比量子物理学中的手更有影响力。”
研究人员表示，这些影响是深远的。氦-3超流体是最纯净的已知物质，因此对集体物质态的研究，如超流体，具有强烈的科学兴趣。了解其二维层的行为如何，可以揭示准粒子行为、拓扑缺陷和量子能量状态。
研究人员写道:“这些研究途径有可能改变我们对这个多功能宏观量子系统的理解。”
这项研究即将发表在《自然通讯》上，现可在arXiv上找到。
本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。