麻省理工學院（MIT）的物理學家們取得了一項重大突破，成功地拍攝到了被稱為「第二聲音」的奇異量子效應的影像。這一現象使得熱量在物質中以波的形式傳遞，而非逐漸擴散。這一效應早在1938年就已被預測，但在90多年來一直無法直接觀察到，直到現在才有了突破性進展。
這項研究的結果提供了一種新的方法來研究極端的物質狀態。研究人員表示，這一突破可能會有深遠的影響，從完善中子星的模型到加速高溫超導體的實用化探索，均可能因而受益。
第二聲音是什麼？
在正常條件下，熱量的擴散是簡單的。然而，在超流體等量子狀態下，熱量的行為卻有所不同。熱量不再是以擴散的形式移動，而是像聲波一樣脈衝式地傳遞，周圍的流體仍然保持靜止。這被認為是超流體的標誌性特徵，但直到目前為止，研究人員只能間接檢測到這一現象。開發此方法的馬丁·茲維爾林教授表示，這一研究為我們理解超流體提供了新的視角。
破解一個90年的難題
這次實驗的主要挑戰在於測量。這類實驗需要將氣體冷卻至絕對零度的溫度，這樣低的溫度使得原子不會發出紅外輻射，傳統的熱成像技術因此失效。為了克服這一障礙，麻省理工學院的研究團隊使用了鋰-6原子，這是一種稀有同位素，其共振頻率會隨著溫度變化。通過施加精確調整的無線電波，研究人員成功地使溫度較高的原子共振，從而有效追蹤氣體中的熱量移動。
這一創新方法首次展現了第二聲音的行為，顯示出熱波如聲音振動般來回起伏。合著者理查德·弗萊徹表示，這是首次能夠實時觀察到這一物質在冷卻過程中如何轉變為超流體，研究人員可以真實地看到其從普通流體過渡到量子流體的過程。
科學與技術的影響
除了破解長達數十年的謎團，觀測第二聲音還為多個學科提供了強有力的工具。在天體物理學中，中子星被認為擁有巨大的超流體層，了解熱量在這種狀態下的傳播方式可以改善對其演化和內部結構的模型。在地球上，這些發現可能為超導體的研究提供新的啟示。高溫超導體長期以來被視為能源技術的「聖杯」，具有無損功率傳輸、磁懸浮及先進計算等潛在應用。
茲維爾林教授指出，「我們的氣體雲的密度是空氣的百萬分之一，但它的行為與超導體中的電子相似，這使得它成為一個卓越的研究系統。」
未來的方向
麻省理工學院的研究人員計劃擴展其方法，以研究在更極端條件下的其他量子材料。未來的工作將探索第二聲音與其他量子效應的相互作用，目標是開發新的超導化合物的預測模型。直接捕捉到第二聲音的現象顯示，即使是長期存在的理論預測，在堅持和創新面前也最終會有結果。
這一發現為科學家提供了一種新的方式來研究自然界中隱藏的效應，幫助人們更好地理解宇宙並發展未來的能源技術。
