精確旋轉超固體，科學家證實超流體「量子龍捲風」於超固體內產生
物質同時表現像超固體和超流體聽起來難以想像，但 50 多年前，物理學家已預測量子力學能允許這種狀態出現。現在，科學家利用精密技術攪拌旋轉的超固體，成功證實超固體內存在超流體特性，為研究奇異量子物質延伸出道路，也對天文物理現象理解產生影響。
超固體（Supersolid）是一種矛盾的物質狀態，所有分子（或原子、原子對）行為表現像同一個分子，它們像固體一樣以有序、剛性結構排列，但又可以像液體一樣毫無阻力地流動，類似完全缺乏黏性的超流體（superfluid），後者在旋轉容器中還會出現不隨容器轉動的量子渦旋，就像「量子龍捲風」。
當你用湯匙攪拌杯中咖啡，會看到液體繞中心旋轉且出現一個大漩渦，現在想像一下咖啡替換成超流體，此時若你慢慢攪拌，會驚訝發現超流體根本不因湯匙攪動而旋轉——它保持完全靜止，好像沒有任何東西可以干擾它。
但當你攪拌速度加快，眼前將開始展現你沒見過的事情：不是在中心形成一個大漩渦，而是出現無數微小漩渦，每個漩渦都以特定速度旋轉，在超流體表面排列成美麗規則的圖案。
雖然要證明超固體與超流體並存性質相當困難，但科學家相信在超固體內形成的量子渦旋，能幫助解釋從高溫超導體到極端天體（如中子星核心）的特性。
▲ 因斯布魯克大學團隊證實超固態內存在超流體特性。（Source：因斯布魯克大學）
最近，奧地利因斯布魯克大學團隊於該領域帶來重大研究進展。
2021 年時，該團隊利用超冷鉺（Erbium）原子創造出穩定二維超固體，現在團隊利用磁場精確旋轉二維超固體，在不破壞固體和超流動微妙平衡的前提下，成功於超固體內觀察到量子渦旋產生，首次提供科學界期待已久的超固體與超流體共存證據。
這項發現可能影響凝聚態物理學、天文物理學等存在類似量子相的領域，為奇異量子系統的流體動力學特性打開研究大門，比如假設在中子星觀察到的旋轉速度變化，是由中子星內部超流體渦流引起，或是證明超導體內存在超流體渦流。
新論文發表在《自然》（Nature）期刊。
Physicists Stir a Supersolid For First Time, Proving Its Bizarre Dual Nature
Physicists Spot Quantum Tornadoes Twirling in a ‘Supersolid’
Breaking Physics: Scientists Reveal “Impossible” State of Matter That’s Both Solid and Superfluid
（首圖僅為示意圖，來源：pixabay）