神奇的超流体现象，它的背后是什么原理

想象一下，你给自己泡了一杯咖啡，搅拌并让它静置五分钟，然后发现它还在旋转。接着想象一下，你拿起那个杯子，咖啡直接从底部掉了下来，同时也开始从杯子侧面往上爬并流了出来。这听起来像是天方夜谭，但如果你的杯子装的是冷却到-270℃左右的氦，你就会看到以上所描述的现象。因为在那个温度下，氦变成了一种称为超流体的奇怪物质。这是一个奇异的超冷现象世界的一部分，这些现象为理论和实验物理学家赢得了数个诺贝尔奖。

简介

要理解超流体的工作原理，了解一点粒子的行为会有所帮助。多亏了量子力学，像原子这样的东西不可能会有连续的能量。相反，它们的能量是离散的。也就是说，它们可以在不同能级之间跳跃，但不能处在能级之间。但在日常生活中，我们并没有注意到这些，因为有太多粒子的随机运动，以至于其他效应超过了量子效应。

但是，当我们把温度降下来时，情况开始变得有些不一样了。在低温下，大多数东西都会冻结成固体。但是氦在元素中是独一无二的，因为它基本上不会冻结。在大气压下，它到接近绝对零度时都还保持着液态。但是，在到达绝对零度之前，事情就变得很奇怪了。

当温度下降到-270℃的范围，液氦就好像忘记了物质应该如何工作，发生这种情况是因为原子在冷却时会落入越来越低的能量状态。根据量子力学，当更多的氦原子处于相同能级时，它们开始表现得一致。因此它们不会相互碰撞，甚至不会像普通液体那样朝不同得方向移动，所有的一切混乱都被超流体的完美协调统一所取代。

因为它们都一起移动，所以没有原子的相互碰撞和滑落，这意味着它们之间的摩擦力几乎为零。所以当你搅拌它们并静置一段时间，你会发现它们基本不会停止旋转。这种超流体还会滑过任何的东西，包括杯子底部的微小裂纹。此外，所有液体都会倾向于爬上它们所在的容器的壁，但通常情况下，壁和液体之间的摩擦会抵消这种影响。但超流体并非如此，它会爬上杯壁并向外溢出。

原理

这些效应并不适用于任何氦原子，它适用于氦-4。它有两个中子、两个质子和两个电子，这种配置使它的自旋为整数，因此它的行为就像是一种称为玻色子的粒子。玻色子不用遵循泡利不相容原理，两个相同的粒子可以占据相同的能级。只有这类型的原子才能一起掉入那种低能状态，成为超流体。