為什麼在超流體世界中沒有速度限制?

在超流體中，奇特粒子附著在物體所有表面，從而防止其與大部分超流體相互作用。

新浪科技訊 北京時間9月28日消息，據國外媒體報導，在冰冷稠密的氦-3超流體介質中，科學家近日有了意外發現。穿過該介質的異物可以超越臨界速度限制，而不會破壞脆弱的超流體本身。

由於這與我們對超流體的理解互相矛盾，這帶來了一個難題。但是現在，通過重新創建和研究這一現象，物理學家已經弄清楚其中緣由。超流體中的粒子會附著在異物上，阻止異物與大部分超流體進行相互作用，因而也避免了破壞超流體。

英國蘭卡斯特大學的物理學家薩利姆·奧蒂說：「對於穿過其中的鋼絲棒而言，氦-3超流體仿佛是真空般存在，儘管實際上它是相對稠密的液體。但其中沒有一點阻力。這個非常有趣。」

超流體是一種黏度為零、摩擦也為零的流體，因此流動時也不會損失動能。氦-4玻色子可以相對容易地成為超流體。當溫度控制得恰到好處，只比絕對零度高一點點的時候，氦-4玻色子可以放緩速度以重疊形成高密度的原子團，該原子團可以充當一個「超原子」。

但是，這些「超原子」只是超流體的一種。另一種超流體則基於玻色子的同胞——費米子。費米子是包括原子構造塊（如電子和夸克）的粒子。

冷卻到一定溫度以下後，費米子會結合在一起，形成所謂的庫珀對。每個庫珀對由兩個費米子組成，這兩個費米子共同形成一個符合玻色子。這些庫珀對的行為與玻色子幾乎一模一樣，因此也可以形成超流體。

然後，該研究團隊利用氦-3製造出費米超流體。氦-3是一種稀有的氦同位素，比氦少了一個中子。當冷卻到只比絕對零度（-273.15攝氏度）高几個毫開爾文溫度時，氦-3會形成庫珀對。

這些超流體非常脆弱。若物體超過一定速度（臨界Landau速度）穿過該超流體的話，其中的庫珀對就會分裂。

然而，在2016年的一篇論文中，蘭開斯特大學的研究人員發現，一根鋼絲棒可以以高於臨界速度的速度穿過氦-3超流體，而不會破壞庫珀對。

在他們的後續實驗中，研究人員還測量了使鋼絲棒穿過超流體所需的力。當鋼絲棒開始移動時，他們測得十分微小的推力；但是一旦鋼絲棒移動起來，保持鋼絲棒移動的力就變為了零。簡言之就是，輕輕一推，鋼絲棒就會動起來。

研究團隊最後總結說，初始力來自鋼絲棒周圍運動的庫珀對，以適應變化狀態，這些庫珀對從而對鋼絲棒施加了一點點的啟動力。但是，之後，鋼絲棒便可以自由移動，仿佛披上了庫珀對的偽裝外衣一般。

「通過使鋼絲棒改變運動方向，我們可以得出結論，即哪怕鋼絲棒的速度很好，該鋼絲棒也可以藉助覆蓋在其上的例子隱藏在超流體中，」蘭開斯特大學的物理學家艾什·詹寧斯說。

這一新發現可能會帶來一些有趣的啟發。

費米超流體可用於製造超導體，而超導體仍在研究中，是量子計算機的重要組成部分。了解超流體的性質有助於我們更接近製造超導體的目標。（勻琳）

（責任編輯：季麗亞 HN003）