最新研究发现：超流体世界中没有速度限制，可启发制造超导体

北京时间 9 月 28 日消息，据国外媒体报道，在冰冷稠密的氦 - 3 超流体介质中，科学家近日有了意外发现。穿过该介质的异物可以超越临界速度限制，而不会破坏脆弱的超流体本身。

由于这与我们对超流体的理解互相矛盾，这带来了一个难题。但是现在，通过重新创建和研究这一现象，物理学家已经弄清楚其中缘由。超流体中的粒子会附着在异物上，阻止异物与大部分超流体进行相互作用，因而也避免了破坏超流体。

英国兰卡斯特大学的物理学家萨利姆 · 奥蒂说：“对于穿过其中的钢丝棒而言，氦 - 3 超流体仿佛是真空般存在，尽管实际上它是相对稠密的液体。但其中没有一点阻力。这个非常有趣。”

超流体是一种黏度为零、摩擦也为零的流体，因此流动时也不会损失动能。氦 - 4 玻色子可以相对容易地成为超流体。当温度控制得恰到好处，只比绝对零度高一点点的时候，氦 - 4 玻色子可以放缓速度以重叠形成高密度的原子团，该原子团可以充当一个 “超原子”。

但是，这些 “超原子”只是超流体的一种。另一种超流体则基于玻色子的同胞——费米子。费米子是包括原子构造块（如电子和夸克）的粒子。

冷却到一定温度以下后，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，这两个费米子共同形成一个符合玻色子。这些库珀对的行为与玻色子几乎一模一样，因此也可以形成超流体。

然后，该研究团队利用氦 - 3 制造出费米超流体。氦 - 3 是一种稀有的氦同位素，比氦少了一个中子。当冷却到只比绝对零度（-273.15 摄氏度）高几个毫开尔文温度时，氦 - 3 会形成库珀对。

这些超流体非常脆弱。若物体超过一定速度（临界 Landau 速度）穿过该超流体的话，其中的库珀对就会分裂。

然而，在 2016 年的一篇论文中，兰开斯特大学的研究人员发现，一根钢丝棒可以以高于临界速度的速度穿过氦 - 3 超流体，而不会破坏库珀对。

在他们的后续实验中，研究人员还测量了使钢丝棒穿过超流体所需的力。当钢丝棒开始移动时，他们测得十分微小的推力；但是一旦钢丝棒移动起来，保持钢丝棒移动的力就变为了零。简言之就是，轻轻一推，钢丝棒就会动起来。

研究团队最后总结说，初始力来自钢丝棒周围运动的库珀对，以适应变化状态，这些库珀对从而对钢丝棒施加了一点点的启动力。但是，之后，钢丝棒便可以自由移动，仿佛披上了库珀对的伪装外衣一般。

“通过使钢丝棒改变运动方向，我们可以得出结论，即哪怕钢丝棒的速度很好，该钢丝棒也可以借助覆盖在其上的粒子隐藏在超流体中，”兰开斯特大学的物理学家艾什 · 詹宁斯说。

这一新发现可能会带来一些有趣的启发。

费米超流体可用于制造超导体，而超导体仍在研究中，是量子计算机的重要组成部分。了解超流体的性质有助于我们更接近制造超导体的目标。

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