90年前预言的量子现象"第二声"在超流氦中被首次捕捉

科学家首次拍摄到1938年预测的量子效应现象。

麻省理工学院物理学家成功拍摄到名为"第二声"的奇特量子效应，首次直接观测到热量以波的形式在物质中涟漪般荡漾，而非逐渐扩散。这个1938年预测的现象躲避了科学家九十多年的追踪，直至今日才得以现形。

该发现为研究极端物质状态提供了新方法。研究人员表示，这一突破可能产生深远影响 —— 从完善中子星模型到加速实用化高温超导体的探索。

什么是第二声？

在常规条件下，热量会简单扩散。但在超流体等量子态中，热传导会呈现不同模式：热量不像声波那样扩散，而是来回涌动，同时周围流体保持静止。

"这是超流体的标志性特征，但此前我们只能间接探测到它，"该方法的开发者马丁·兹维莱因教授解释道。

破解九十年难题

实验的主要挑战在于测量。这类实验需要将气体冷却至绝对零度，此时原子不会发射红外辐射，导致传统热成像技术失效。

为攻克此难题，研究团队采用锂-6原子（一种稀有同位素），其共振频率会随温度变化。通过施加精心调谐的无线电波，研究人员成功使温度较高的原子产生共振，从而精准追踪热量在气体中的传播轨迹。

这种创新方法首次记录了第二声的运行模式，揭示出热量像声波振动般来回荡漾的波纹。

"我们首次能够实际拍摄到物质冷却成超流体的过程，可以直观观察它从普通流体转变为量子流体的过程，"合著者理查德·弗莱彻表示。

新方法具有明显优势：可实现热传播的实时可视化，提供前所未有的温度精度，并在传统热成像技术失效的极端条件下保持可靠性。

科学与技术意义

除了解开数十年谜题之外，观测第二声的能力为多学科提供了强大工具。

在天体物理学领域，中子星已知存在巨大超流层。理解热量在此类状态下的传播方式，可改进对其演化过程和内部结构的模型构建。

在地球上，该发现可为超导研究提供新思路。高温超导体长期被视为能源技术的"圣杯"，在无损电力传输、磁悬浮和先进计算等领域具有应用潜力。

"我们的气体云密度比空气低百万倍，但其行为与超导体中电子的活动高度相似，"兹维莱因指出，"这使其成为绝佳的研究体系。"

未来方向

麻省理工学院研究团队计划扩展该方法，以研究更极端条件下的其他量子材料。后续工作将探索第二声与其他量子效应的相互作用，旨在开发新型超导化合物的预测模型。

第二声的直接捕获证明：即使物理学中历史悠久的理论预测，最终也会在坚持与智慧面前显现真容。这项发现为科学家提供了研究自然界隐藏现象的新途径，将助力人类更好地理解宇宙并发展未来能源技术。

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