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匹茲堡—看看那個實驗室：它是氣體，它是固體，它是超流體—它是超固態！ 好吧，也許是。
問題中的“它”是一堆銣原子，冷卻到接近絕對零度，實驗室是物理學家 丹·斯坦珀-庫恩在加州大學伯克利分校的實驗室。他的團隊正在研究超冷原子雲，這些原子雲同時表現出多種物質狀態的特性。斯坦珀-庫恩昨天在美國物理學會會議上宣佈了這項研究的細節。
超冷銣以前就已成名，是 1990 年代中期首批轉變為玻色-愛因斯坦凝聚體的氣體之一（當時斯坦珀-庫恩是 2001 年諾貝爾獎得主沃爾夫岡·克特勒在麻省理工學院的研究小組的研究生，但這又是另一個故事了，涉及到銣的表親鈉）。
在玻色-愛因斯坦凝聚體（BEC）中，大量的原子都陷入相同的量子態，並呈現出奇異的特性，例如超流性，即在完全一致的情況下流動，而沒有任何原子與原子之間或例如番茄醬分子與番茄醬分子之間通常的減速效應。這種極端的滑溜性使得超流體聽起來像是固體的完全對立面，然而，量子物理學家認真對待具有這兩種特性的物質的想法。
事實上，在 2004 年，賓夕法尼亞州立大學的 摩西·陳 和 金恩星 報告了固體氦具有少量超流體部分的證據。然而，隨後的工作使超固態氦的狀態變得不明朗。
陳和金的工作中涉及的固體氦是任何人都可以識別的那種固體。斯坦珀-庫恩實驗中的固體是一種更為精細的物質。
他的研究小組的每個銣原子都有一個相關的磁矩——很像一個微小的指南針。在許多超冷原子研究中，磁場將原子雲固定到位，但這些設定導致“指南針”全部排列起來。伯克利小組反而使用雷射束來捕獲他們的原子。捕獲光束的形式導致原子雲的形狀很像衝浪板，但更重要的是，沒有施加磁場使磁矩可以自由地指向任何方向。
斯坦珀-庫恩的團隊發現，當氣體足夠冷時，磁矩會自發地大致排列成圖案，形成所謂的磁晶體。彩色影像顯示了氣體的不同位置磁矩方向，顯示出規則的點狀圖案，讓人聯想到晶體中原子的晶格。想象一下，衝浪板上濺滿了看起來隨機的彩彈射擊，但仔細檢查一下，比如紅色的濺射物，就會出現粗略的規則圖案。用日常術語來說，原子雲就像菸圈一樣固體，但磁性的晶體圖案對於物理學家來說才是重要的。
研究人員透過用原子物理學家的首選武器雷射脈衝（不是彩彈）擊中他們的原子來證明故事的“超”部分。脈衝擊出了原子的兩個子群，就像主衝浪板的兩個幽靈般的副本。當兩個幽靈雲合併時，出現了一種條紋圖案，這是干涉的標準訊號，這反過來表明原子正以稱為量子相干性的鎖步方式行進——這與使雷射束如此有用以及對 BEC、超流體和超導體至關重要的特徵相同。
斯坦珀-庫恩很謹慎，沒有聲稱發現了第一個（或可能是第二個）超固態。他的團隊必須完成對原子雲的進一步研究，並更好地理解系統中正在發生的事情，他是第一個指出雲可能根本不是真正的超固態的人。但是，無論超固態銣最終是否成功，他都在享受研究這些問題的美好時光。
斯坦珀-庫恩的照片由加州大學伯克利分校提供