为了研究匪夷所思的奇异物质，科学家将“一维”升到了“二维”

它以固体形式流动，没有阻力。

超强的想象力。它具有固体和超花序特性。因斯布鲁克 / 哈拉尔德·里奇

奥地利物理学家在解决奇异物质的神秘性质方面取得了巨大进展，他们首次使用激光和超冷气体将一个维度的奇怪物质物体提升到二个维度。

超固体的特征是固体和非电阻流体，内部排列均匀和重复的晶体结构，但它们也可以以不损失动能的方式流动。这种形式的物质是如此奇怪，以至于它似乎违反了许多已知的物理定律，但物理学家长期以来一直在理论上预测它们的存在。天体物理学家认为，这种超固体可能存在于中子星内部。

将一维超固体扩展到二维可以帮助科学家了解超固体在二维状态下的行为。从理论上讲，一些奇怪的超固体特征只以二维状态出现。

为了制造超固体，研究人员将164个原子的云悬浮在光钳中，并使用激光冷却将它们冷却到接近绝对零度。激光中的气体通常会加热气体，但如果这些激光光子可以以相反的方向撞击气体粒子，粒子就会减速。

粒子的运动越大，温度越高，因此通过这种方式，研究人员可以获得超冷原子。在将烟原子冷却到尽可能低的温度后，研究人员"释放"钳子并放开原子，这些原子仍然携带更多的能量。这些接近绝对零度的原子在这个过程中被转化为奇异的"玻色-爱因斯坦凝聚态"。

一旦接近绝对零度，气体中的所有原子都会失去能量并保持相同的能量状态。如果我们想识别气体云中的一些原子，我们只能通过它们的能级来区分它们。因此，如果所有原子的能量状态都是一致的，从量子力学的角度来看，它相当于一团气体变成一个整体。

一旦物质处于这种状态，奇异量子效应的大门就会打开。量子力学中的海森堡定理认为，我们无法同时获得粒子的位置和运动参数的固定值。但是由于处于玻色-爱因斯坦凝聚态的原子不再移动，它们所有的运动参数都是已知的，并且这些原子的位置变得不确定，导致它们占据的面积大于它们之间的空间。

处于这种状态的原子将不再处于"自由扩散"状态，它们的行为将像一个巨大的单一粒子。因此，玻色-爱因斯坦凝聚态中的一些物质具有超层特性 - 它们以不产生阻力（摩擦）的方式流动。在某种程度上，可以说，一旦它们开始流动，它们就无法停止。

研究人员使用铌164作为他们的研究对象，因为氡和氡的磁性是已知最强的元素。当铌164原子在超冷状态下变成超级花序时，它会凝结成液滴，并像磁棒一样将它们吸引在一起。通过微调长程磁相互作用和短程原子相互作用之间的平衡，研究人员能够在一个维度上创建一个超固体，一个包含可以自由流动的原子的超花序的液滴管。通过调整光钳并保持原子的密度，研究人员最终创造了一个波浪形的扁平结构，一种存在于二维空间中的超固体。

二维超固体帮助物理学家研究它们在二维空间中的所有性质，同时也使我们更接近三维超固体。随着研究的不断扩大，谁知道我们将来会在这种奇怪的物质中发现什么不可思议的现象呢？

参考

偶极量子气体中的二维超固体

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03725-7