超流量子世界的“冰封舞者”

走进神奇的低温世界
“床前明月光,疑是地上霜”。1200多年前,当李白独自在异乡的房间里踱步时,洒进屋子里的月光应该足够清冷,让这位大诗人把平日里对月光如水的赞叹变成了如霜的哀怨。而这句关于相态变化的描写,也留在了人们的记忆中。
那么,什么是“相态”呢?
在我们所处的世界中,固体、液体和气体是3种再熟悉不过的相态。然而,如果世界上的物质还存在一种叫作“超流体”的相态,你是否会大吃一惊呢?
我们知道,液体流动的快慢与其黏性有关——越黏稠的液体,流动起来就越困难。例如,对比自来水和蜂蜜就可以看出来,蜂蜜黏稠,所以流动得比自来水慢。但是,有些物质在低温条件下,却具有超常的流动能力,这就是超流体。
发现超流的曲折之路
要探究超流体的发现历史,就让我们穿越时间,回到100多年前。
1908年,荷兰科学家卡莫林·昂内斯通过液化氦气,将人造低温的极限下探到了4.2开尔文(零下268.95摄氏度)。人造低温让研究人员有了更多神奇的发现——当液氦处于大约2.2开尔文(零下270.95摄氏度)时,它的比热容(表示物体吸收和释放热量的能力)曲线是不连续的。也就是说,不同温度下的液氦吸收热量的能力有很大差异。奇怪的是,液氦仍旧保持着液体的形态,而没有发生形态上的变化。
要知道,同一种物质在同一形态下,比热容应该是一个不变的定值。

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本文刊登于《知识就是力量》2023年11期
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