想象一个完整的钻石，其内部可以无摩擦地移动，或者一个成型的冰块，其紧密堆积的内部可以毫不费力地流动。这些听起来可能很奇怪，甚至不可能。但对物理学家来说，它们与他们最近创造的东西并不遥远：一种称为超固态的奇异物质状态。
在过去的几年里，科学家们一直在实验室中制造非常微小的超固态。现在，一组物理学家制造出了迄今为止最复杂的超固态：一种存在于二维的超固态，就像一张纸。他们 在上周三的 Nature 杂志上公布了他们的研究成果。
“将 [超固态] 引入二维一直是一个重要的目标，”奥地利因斯布鲁克大学的物理学家、Nature 论文的首席作者 Matthew Norcia 说。
那么，超固态究竟是什么？它的基础是，它包含了两种不同物质状态的特性，一种是普通的，另一种则相当奇异。
这两种状态中的第一种是固体，这是最普通的一种物质形式。很有可能你此刻就接触着一样固体。重要的是，对物理学家来说，固体之所以有趣，是因为其中的原子被固定在刚性结构中。这就是为什么通常我们不会看到固体像水一样流动的原因。
但第二种状态的物质你可能不太熟悉：超流体。超流体是量子力学的一个奇特之处，它是一种具有零粘度的流体。科学家们通过将氦冷却到接近绝对零度的温度来捕捉到超流体的踪迹。它们可以，而且将会毫不费力地爬上墙壁或在表面滑动。
超固态将固体和超流体结合在一个包裹中：一种可以像流体一样无摩擦、无阻力地流动的固体。如果这听起来很奇怪，那完全是自然而然的。它仅仅是量子力学的一个产物，量子力学是一种支配宇宙在最小尺度上的奇特物理学。
“要想象超固态，可以考虑一个浸入液态水中的冰块，液态水可以无摩擦地流过冰块，”法国索邦巴黎北大学（未参与最新论文）的物理学家 Bruno Labruthe-Tolra 在伴随这项新研究的 Nature 新闻评论中写道。
这并不是一个全新的想法；物理学家自 20 世纪 60 年代以来一直在提出它。但在很多年里，我们是否能在地球上制造出超固态尚不清楚。直到 2010 年代，科学家们才开始在实验室中制造超固态方面取得具体进展。
起初，科学家们试图在超冷氦中寻找超固态。超流体存在于氦中，其原子特性使其成为理想的选择，所以逻辑上认为在那里也能找到超固态。但这项努力尚未取得成果。
在本世纪末，物理学家开始转向铷和镧等其他元素。当你捕获少量气体原子并将它们冷却到接近绝对零度的几分之一（可能的最冷温度，约 -460 华氏度）时，它们就会凝聚成一系列量子怪异现象。这被称为 玻色-爱因斯坦凝聚。
所以，要创造一个超固态，你首先需要捕获一些原子，然后冷却它们，然后调整它们的相互作用。“如果你正确地调整它们，并正确地调整陷阱的形状，你就可以得到一个超固态，”首席作者 Norcia 说。
使用这种方法，在 2019 年，研究人员 开始制造 基本的一维超固态：基本上，是一个直线排列的细长超固态管。
这就是 Norcia 和他在因斯布鲁克大学及奥地利科学院的同事们现在所做的。通过调整他们用来捕获原子的设备以及他们用来凝聚原子的过程，他们能够将超固态从一维扩展到二维：从一个微小的管状结构变成一个小片状结构。
Labruthe-Tolra 写道：“这项演示是一项关键的进步，因为证明一个系统表现出超流性的一个直接方法是研究其在旋转下的性质，‘而如果系统只有一维，就无法实现这种分析’。”
既然研究人员已经创造了二维超固态，他们能否创造三维超固态？他们能否制造出你可以触摸到的真正的超固态？
Norcia 表示，可能很快不行，尽管他说这是物理学家们思考过的问题。目前，他也不确定他们如何用现有的技术来实现这一点。
相反，目前，研究人员希望研究他们已经创造出的超固态。尽管他们已经成功创造了超固态，但物理学家们对它的了解仍然非常少。
