它出现在超导体、原子核和中子星等各种物体中。几个研究小组正在竞相在实验室中用微小的超冷气体斑点重新创造它。如果他们成功，这将使人们能够对迄今为止属于理论家领域的过程进行实验研究。“它”是一种超流体物质状态，据预测，当通常相互躲避的量子粒子配对并像一个单一的流体体一样集体行为时，就会发生这种情况。
这种超流体状态涉及一类广泛的称为费米子的量子粒子。根据量子力学，自然界中的所有粒子要么是玻色子，要么是费米子。这两类粒子的独特特征在极低的温度下最为突出：玻色子会聚在一起，形成玻色-爱因斯坦凝聚态。相反，费米子则表现得像个人主义者，没有两个占据相同的量子态。随着温度降低，费米子越来越多地占据最低能量状态，但它们像拥挤在狭窄楼梯上的人们一样，一个状态只能容纳一个费米子。这种状态，其中大多数最低能量状态都被一个费米子占据，被称为简并费米气体。
1999年，科罗拉多州博尔德市的 JILA 的 Deborah S. Jin 和 Brian DeMarco 在磁阱中用微小的钾原子云产生出第一个原子简并费米气体。但这种简并气体只是故事的一半。在液氦3和超导体中电子的类似简并系统中，会发生一些新的事情——一些费米子形成称为库珀对的对。这些对是玻色子的，然后形成非常类似于玻色-爱因斯坦凝聚态的超流体状态：在氦 3 中，它负责液体的超流体特性；在超导体中，它允许电流无电阻流动。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关当今塑造我们世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
是否可以在气态费米子系统中制造出这种超流体状态？理论预测，原子库珀对通常只会在远低于简并所需温度的温度下形成，这温度似乎超出了目前实验的范围。然而，最近有人提出了一种替代方法，该方法基于库珀配对不仅取决于温度，还取决于原子之间的相互作用这一事实。那么，为什么不增加相互作用而不是使气体更冷呢？大自然巧妙地提供了一种方便的方法来调整相互作用——通过施加强度恰好合适的磁场来产生所谓的费什巴赫共振，这会在原子之间产生强大的吸引力或排斥力。（需要一个有吸引力的力来形成库珀对。）
2002 年末，杜克大学 John E. Thomas 领导的一个小组使用这些技术对锂 6 原子进行了处理，得出了高度暗示超流体的结果。被捕获的气体形成一个细长的圆柱体，当捕获激光束关闭时，气体沿径向膨胀形成一个圆盘形状——沿圆柱体轴向几乎没有膨胀。这种各向异性膨胀先前已被预测为超流体状态的标志。
然而，正如杜克大学小组指出的那样，其他效应也会产生这种各向异性膨胀。事实上，今年早些时候，Jin 小组和巴黎高等师范学院的 Christophe Salomon 及其合作者进行的实验在不存在超流体的情况下也表现出类似的各向异性膨胀。
需要一种直接检测库珀对或超流体的方法。Jin 以及麻省理工学院的 Wolfgang Ketterle 小组最近报告说，他们使用无线电波研究了捕获简并气体中原子的精确状态；如果存在库珀对，那么这些对的结合能应该会清晰地显示出来。这两个小组都没有看到库珀对的迹象，但都揭示了费米子原子在费什巴赫共振附近相互作用的有用新细节。
几个小组最近研究了气体中松散结合的双原子分子的形成。“我们希望我们可以将[分子]变成库珀对，”Ketterle 说。 8 月，理论家 Yvan Castin 及其在高等师范学院的合作者提出了如何做到这一点：首先让分子玻色凝聚，然后调整费什巴赫共振。如果真是这样，实验人员距离他们的目标仅两步之遥。