超流|重要发现：为什么在超流体世界里没有速度限制？
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我们通常所遇到的物质有三种：气体、液体、固体 。 另外 ， 有一种物质名叫“超流体”（Superfluid） 。
【超流|重要发现：为什么在超流体世界里没有速度限制？】为什么叫它超流体 ， 是因为它超乎寻常地流动、完全缺乏黏性 。 如果将超流体放置于环状的容器中 ， 由于没有摩擦力 ， 它可以永无止境地流动 。
超流体能以零阻力通过微管 ， 甚至能从碗中向上“滴”出而逃逸 。 处于超流相的液氦 ， 会在碗身内面向上缓慢攀爬 ， 攀越过杯口 ， 然后在杯身外面向下缓慢滑落 ， 集结在一起 ， 形成一滴液氦珠 ， 最后滴落下 。 这样 ， 液氦会一滴一滴地滴落 ， 直到杯子完全流空为止 ， 如下面视频所示 。
超流体是被彼得·卡皮查、约翰·艾伦和冬·麦色纳在1937年发现 。 有关超流体的研究被称为量子流体力学 。 当量子液体温度低于某临界转变温度会变为超流体 。 比如氦的同位素 ， 氦-3 ， 一种稀有的氦原子 ， 其中缺少一个中子 ， 在极低的温度下变为超流体 ， 从而实现非凡的性能 ， 例如不存在摩擦 。 由于不存在摩擦力 ， 科学家推断 ， 在超流体世界里没有速度限制 。
现在 ， 兰开斯特大学（LancasterUniversity）的物理学家 ， 在过去研究的基础上 ， 终于确定了为何穿过超流体的物体没有速度限制的原因 。
过去认为 ， 从物体中流过超流体的速度 ， 从根本上限制在一个称为“朗道临界速度”上 ， 超过这个速度限制将破坏超流体 。 此前在该研究团队所进行的实验发现 ， 这不是严格的规则 ， 物体可以更快的速度移动而不会破坏脆弱的超流体状态 。
前苏联著名物理学家、凝聚态物理学的奠基人、列夫·朗道（LevLandau）对氦-4超流态的现象学和半微观理论的研究 ， 为他赢得了1962年的诺贝尔物理学奖 。 他提出了“临界速度” ， 在该速度以上会破坏超流动性 。
现在 ， 兰开斯特大学的科学家发现了这种没有速度限制的原因：奇异的粒子粘在超流体的所有表面上 ， 如下图所示 。
研究人员将超流氦-3冷却到几乎绝对零度（0.0001K或-273.15°C）十分之一度的范围内 。 然后 ， 他们以高速度将金属丝穿过超流体 ， 并测量了移动金属丝需要多少力 。 除了当导线开始移动时与移动绑定的粒子相关的极小的力外 ， 测得的力为零 。
论文主要作者、SamuliAutti博士说：“超流体氦-3就像穿过一根真空棒一样 ， 尽管它是一种相对稠密的液体 ， 却没有阻力 ， 一点儿也没有 。 这太有趣了 。 ”
论文作者、博士生AshJennings补充说：“通过改变金属丝的运动方向 ， 我们可以得出结论 ， 即使金属丝的速度非常高 ， 金属丝也会被覆盖在其上的结合粒子隐藏在超流体中 。 ”
负责该项目的DmitryZmeev博士说 ， 结合粒子需要四处运动才能做到这一点 ， 这会对金属丝施加很小的力 ， 但是一旦完成 ， 力就会完全消失” 。
该最新研究结果论文 ， 题为：“在零温度范围内由于结合的费米子所引起的基本耗散” ， 发表在今天的《自然-通讯》上 。
这一发现将会指导量子技术、以及量子计算中的应用 ， 多个研究小组已经在致力于利用这种不寻常的物质粒子 。
参考：Fundamentaldissipationduetoboundfermionsinthezero-temperaturelimit.www.nature.com/articles/s41467-020-18499-1
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