要融化固体，加热它。要冻结液体，冷却它。这很简单——除非情况并非如此，因为量子力学甚至可以颠覆关于熔化和冻结的直觉逻辑。
物理学家最近在《自然·通讯》杂志上展示了，加热量子流体——在本例中，是一种非常冷的磁性原子气体——实际上可以将其“冻结”成一种称为超固体的有序状态。这种出乎意料的行为最早在2021年被观察到，但科学家直到现在才得以解释。
斯图加特大学的物理学家提姆·朗根（Tim Langen）说：“这篇论文设法引入了一些新的理论描述，现在成功地描述了人们以前不理解的实验观察结果。”他没有参与这项新研究。
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量子粒子，既是粒子又是波，可以被想象成概率云。在给定时刻在云中任何一点找到粒子的几率与粒子的波动行为有关，这种行为由一个称为波函数的公式描述。在量子流体中，粒子融合在一起成为一个单一实体，其集体行为仅由一个波函数控制。通常它们也是“超流体”——它们无摩擦地流动。
研究报告的共同作者，奥地利因斯布鲁克大学和量子光学与量子信息研究所的实验物理学家弗朗西斯卡·费莱诺（Francesca Ferlaino）说，超固体具有相似的特性，但它们还具有有序的波纹结构。
2021年，费莱诺和她的团队发现，加热一种超冷量子流体（由磁性稀土元素镝组成）可以将其凝固成超固体特有的峰状结构。但是鉴于如此出乎意料的结果，“我们不得不通过理论来说服自己，这实际上是有道理的，”研究报告的共同作者，丹麦奥胡斯大学的托马斯·波尔（Thomas Pohl）说。
该团队现在表明，这种违反直觉的行为源于热量与磁性原子自然堆积趋势之间的一种奇特协同作用。
在原子层面，温度就是运动：它衡量粒子随机运动的能量。因此，加热某物有点像摇晃它，注入随机的热波动，在这种情况下，这些波动会将原子从量子流体的统一、模糊的状态中推出来。由于它们具有很强的磁性，这些分离出来的粒子与量子流体强烈相互作用，并鼓励镝原子固有的堆积倾向。这种影响改变了整个量子流体的波函数，将其推入具有规则间隔峰值的超固态。
加泰罗尼亚理工大学和奥胡斯大学的研究报告共同作者胡安·桑切斯-巴埃纳（Juan Sánchez-Baena）说：“这是多么奇怪和违反直觉——这就是我作为物理学家喜欢发现的东西。如果你发现所有你期望找到的东西，事情就会变得无聊。”