水是液体、石头是固体、空气是气体……在人们的常识里，物质都有非此即彼的明确属性。那么，是否存在这样一种物质材料，它既能像水晶等固体一样拥有规则稳固的晶体结构，又同时像液体一样能够毫无阻力地流动呢？
这听起来似乎是天方夜谭，但这种物质的确存在，这就是“超固体”——一种在极端条件下出现的、挑战我们日常直觉的物态。
根据今年3月的《自然》杂志报道，意大利国家研究委员会研究人员首次利用光创造出可以像液体一样流动的超固体，为科学家探索物质的不寻常量子态开辟了新途径。
要理解这个看似矛盾的物质，我们首先需要了解物质形态的两个概念：固体和超流体。
普通固体中的原子排列形状为规则的点阵，每个原子都被“锁定”在特定位置，只能围绕平衡点做微小振动，因此固体能保持固定形状；超流体则完全相反，它是一种零黏滞性的流体，能够无阻力地通过极细的缝隙，甚至能“违背重力”沿着容器壁向上爬升。
超固体，则同时具备这两种看似互斥的特性。
早在1957年，美国物理学家尤金·格罗斯在研究具有相互作用的微观粒子时，就在理论上预言了这种特殊物质的存在。不过，直到近十几年，科学家们才在实验中真正创造出并确认了这种奇特物态的存在。
超固体的核心奥秘源于量子力学。在极低温环境下，某些量子效应开始主导微观世界的行为。当我们将一团原子气体冷却到接近绝对零度时，它们会经历一种称为“玻色—爱因斯坦凝聚”的相变。此时，所有原子会“步调一致”地行动，表现得像一个巨大的“超级原子”。
在这个量子世界里，奇迹发生了：这些原子自发地排列成规则的点阵结构，如同晶体一般；但同时，它们又保持着超流动性，能够无阻力地流动。换句话说，超固体中的每个原子既被“锁定”在晶格的特定位置上，又能够“绕墙而过”，在整个材料中自由移动。
在超固体中，原子不再是被限制在固定位置的粒子，而是扩展到整个系统中的波。这些波相互干涉，形成了稳定的周期性图案（即晶体结构），但同时又允许物质以相干的方式流动。
实现超固体绝非易事。科学家们需要创造极其苛刻的实验条件：首先将原子气体冷却到仅比绝对零度高百万分之一度，然后利用特殊的光场或磁场操纵这些原子。2017年，国际上两个独立研究团队分别通过不同方法，首次在实验中明确观测到了超固体态。一个团队通过使用极冷的光学镊子中的稀土原子观测到超固体态，另一个则利用“玻色—爱因斯坦”凝聚体与特殊光场的相互作用实现观测。
对超固体的研究不仅满足了人类探索自然基本规律的好奇心，未来还可能带来革命性的技术应用。例如，超固体可能成为制造极高精度传感器的关键材料，用于测量微小的旋转、加速度或引力变化；在量子计算领域，超固体的特殊性质可为制造更稳定、更高效的量子比特提供新思路……
随着在超冷原子、超流体氦等系统中对超固体的研究不断深入，科学家们正逐步揭开这种神秘量子物态的全貌。
超固体的发现提醒我们，自然界远比我们想象得更为奇妙。在我们的日常经验中，固体和流体是截然不同的物态，但在量子世界里，它们可以神奇地共存。这种超越常识的物态的发现，正是基础科学研究不断拓展人类认知边界的生动例证，为未来技术发展开辟无限可能。