华裔科学家提出全新物态(图)

2018-04-20 | 来源: 大纪元 | 转到微信 | 有0人参与评论 | 字体: 放大缩小 | 收藏 | 打印

　　德州大学达拉斯分校的理论物理学家提出一种新的物质状态─超流准晶体。（University of Texas at Dallas）

　　“超流准晶体”（superfluid quasicrystal）这一名词，听上去就像是漫画书中的坏蛋实施一项卑劣计划时所要用到的东西。

　　但实际上，这是德克萨斯大学达拉斯分校理论物理学家提议的一种新的物质状态。发表在近日《物理评论快报》（Physical Review Letters）期刊上的这项最新研究，描述了在实验室中制造这种奇特材料的“配方”。

　　我们都熟悉物质的三种基本状态：固体、液体和气体，但其实还有另外几种状态，比如在太阳和其它星球内部发现的等离子体（plasma），以及密度很大的、仅在最极端低温下存在的波色爱因斯坦冷凝物（Bose-Einstein condensates）。

　　超流体也是一种具有非同寻常的特性的物质状态，它完全缺乏黏性，也就是说，它能流经物体表面而不会减速、也不会由于摩擦而失去能量。超流体，如液态氦，必须被冷却到极端低温时才会出现这种特性。

　　“假设你早上喝的咖啡是超流体，你用汤匙搅拌它，然后拿走汤匙，那么咖啡永远都不会停止运动，”该论文的作者之一、自然科学与数理学院物理学教授张博士（Chuanwei Zhang）解释说，：“而正常的液体会因为与杯体之间的摩擦力而最终停止运动。”

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　　大约50年前，科学家们曾提出过一种被称作超固体的新的物质状态，这种状态结合了超流体的特性与晶体特性，但在实验室中将其制造出来也只是过去几年才做得到的。

　　“在物理学上，我们对液体和固体的定义非常严格，”张博士表示，“液态水不能表现为固体，反之亦然。它们可以混合在一起，比如一杯加了冰的水，但它们依旧是两种不同状态的物质。”不过，他又解释说，在从原子和单个粒子的层面描述物质行为的量子物理学上，这种概念却不一定都是正确的。

　　“超固体是一种流动时无摩擦力的液体，其原子排列具有周期性，与在晶体固体中的排列相同，”张博士说。“这两种状态在我们的日常生活中是互相排斥的，但在量子世界中却能同时存在于相同的物理材料中。”

　　张博士的团队提出了一种既是超液体又是准晶体的新的物质状态。晶体，比如食盐，其原子以非常有序的、周期性的方式排列。准晶体具有与晶体相似的有序的原子排列，但却是非周期性的。

　　那么，可否得到一种新的量子物质状态，即是准晶体、同时又是超液体？答案是肯定的，至少从物理学原理上说。张博士的团队提议的这种物质可以在无摩擦的状态下流动，同时也展示出非周期性的准晶体结构。

　　张博士表示，虽然这种提议目前还处于理论阶段，但他们已经在文章中列出了相关实验设备。制造这种物质并不需要发明新技术，而只是涉及到对波色爱因斯坦冷凝物发射激光。他们预计或许在一两年内就能够成功将其制造出来。◇