你是否想象过，有一种物质，它既像固体一样有固定的形状和结构，又像液体一样可以无摩擦地流动？这听起来似乎是一种违反常理的存在，但在物理学的世界里，这种物质却是真实的，它就是超固体。

超固体是一种奇特的量子态，它具有超流体和固体的双重性质。超流体是一种在极低温度下，粒子之间的相互作用几乎消失，从而可以无限制地流动的物质。固体则是一种粒子之间有强烈的相互作用，形成规则的晶格结构的物质。超固体既能保持晶格的有序性，又能让部分粒子自由流动，这是一种非常罕见的现象。

超固体的概念最早由物理学家尤金·格罗斯于1957年提出，但直到2004年，才有实验上的证据支持它的存在。当时，美国宾夕法尼亚州立大学的科学家陈鸿渭和陈茂森，利用一种叫做“扭摆”的装置，发现了固体氦中的超流动现象。他们观察到，当固体氦被冷却到接近绝对零度时，它的转动惯性会突然下降，这意味着它的一部分原子不再与容器同步转动，而是形成了一个摩擦力为零的超流体。这一发现引起了物理学界的轰动，也引发了一系列的争论和质疑。

一些物理学家认为，他们观察到的现象并不是真正的超固体，而是由于固体氦中的缺陷和杂质引起的。陈鸿渭和陈茂森为了证明自己的观点，进行了更多的实验，但结果并不一致。直到2012年，他们才宣布，他们的实验结果可以用另一种理论来解释，即固体氦中存在一种叫做“玻色玻璃”的无序量子相。

为了验证超固体的存在，物理学家们进行了更多的实验，但结果并不一致。一些实验表明，固体氦中的超流动现象与其内部的缺陷和杂质有关，而不是真正的超固体性质。另一些实验则表明，超流动现象与固体氦的晶格结构有关，而且不仅仅发生在氦中，还可能发生在其他物质中。这些实验都没有给出一个确定的答案，超固体的本质仍然是一个谜。

超固体的制造需要使用一种叫做“光镊”的技术，它可以利用激光束来捕捉和操纵微小的物体，比如原子、分子、细胞等。光镊的原理是利用激光束对物体产生的辐射压力，使物体被吸引到激光束的中心或两端。

奥地利因斯布鲁克大学和美国麻省理工学院的两个研究团队，利用超冷的鏑原子，创造出了有史以来第一个二维超固体。

为了制造他们的超固体，该团队将一团镝-164原子悬浮在光镊中，然后使用一种称为激光冷却的技术将原子冷却到接近零开尔文（零下273.15摄氏度）。

用激光照射气体通常会使其升温，但如果激光束中的光子（光的粒子）与运动的气体粒子的方向相反，它们实际上可以使气体粒子减速并冷却。在用激光将镝原子冷却到尽可能低的温度后，研究人员放松了他们的光镊的“控制力”，为最有活力的原子创造了足够的空间让它们逃脱。

由于“温暖”的粒子比冷却的粒子摇晃得更快，这种技术，称为蒸发冷却，使研究人员只剩下了他们的超冷原子；而这些原子已经转变成了一种新的物质状态——玻色-爱因斯坦凝聚体，一种原子被超冷到接近绝对零度的集合。

当一个气体被冷却到接近绝对零度时，它的所有原子都失去了能量，进入了相同的能量状态。由于我们只能通过观察它们的能量水平来区分气体云中的其他相同的原子，这种平衡产生了深远的影响：从量子力学的角度来看，组成温暖气体的一旦分散的振动、摇晃、碰撞的原子就变得完全相同。

这些小滴既保持了晶格的有序性，又能够自由流动，表现出超固体的特征。

研究人员使用镝-164（镝的一种同位素），因为它已发现的元素中最有磁性的。这意味着当镝-164原子被超冷时，除了变成超流体外，它们还聚集成小滴，像小磁铁一样互相粘在一起。通过仔细调节原子之间的远程磁相互作用和近程接触相互作用之间的平衡，该团队能够制造出一个长的、一维的小滴管，其中也包含了自由流动的原子——一个一维超固体。

为了从一维跃升到二维超固体，该团队使用了一个更大的陷阱，并在两个方向上降低了他们的光镊束的强度。这样，再加上在陷阱中保持足够的原子密度，最终使他们能够创建一个锯齿状的小滴结构，类似于两个错开的一维管并排放置，这就形成了一个二维超固体。

在完成了它的创造任务之后，物理学家现在想要利用他们的二维超固体来研究从这个额外的维度产生的所有性质。例如，他们计划研究在小滴阵列之间出现并被困住的涡旋，特别是这些旋转的原子的涡流，至少在理论上，可以永远旋转。

这也使研究人员更接近早期提议（如格罗斯的）所设想的体积、三维的超固体，以及它们可能具有的更加陌生的性质。

超固体的发现，不仅是物理学的一个重大突破，也是人类对自然界的一个新的认识。超固体展示了物质的多样性和奇妙性，它可能揭示了一些我们还不了解的物理规律和现象。超固体也可能有一些实际的应用，比如在超导、量子计算、精密测量等领域。当然，超固体的研究还面临着许多挑战和困难，比如如何制造更高维度的超固体，如何观察和控制超固体中的涡旋和其他缺陷，如何理解超固体的微观机制和宏观行为等。这些问题需要物理学家们继续探索和解决。