物理学家捕捉到了超流体中热量“晃荡”的最初声音，揭示了热量是如何像波浪一样运动的

在大多数材料中，热量倾向于分散。如果不受影响，热点会随着周围环境的变暖而逐渐消退。但在极少数的物质状态下，热量可以表现为波浪，来回移动，有点像声波从房间的一端反弹到另一端。事实上，这种波浪状的热量就是物理学家所说的“第二声音”。

只有少数材料中观察到第二声音的迹象。现在，麻省理工学院的物理学家首次捕捉到了第二种声音的直接图像

新的图像揭示了热量如何像波浪一样移动，并来回“晃荡”，即使材料的物理物质可能以完全不同的方式移动。这些图像捕捉到了热量的纯粹运动，与材料的颗粒无关

助理教授理查德·弗莱彻（Richard Fletcher）提供了一个比喻：“这就像你有一箱水，让一半的水几乎沸腾了。”。“如果你观察的话，水本身可能看起来完全平静，但突然另一边变热了，然后另一边又变热，热量来回流动，而水看起来完全静止。”

在Thomas A Frank物理学教授Martin Zwierlein的领导下，该团队可视化了超流体中的第二种声音——一种特殊的物质状态，当原子云冷却到极低的温度时，原子开始像完全无摩擦的流体一样流动。在这种超流体状态下，理论家们预测热量也应该像波浪一样流动，尽管科学家们直到现在还无法直接观察到这种现象

发表在《科学》杂志上的新结果将有助于物理学家更全面地了解热量如何通过超流体和其他相关材料，包括超导体和中子星

Zwierlein说：“我们的气体比空气薄一百万倍，与高温超导体中电子的行为，甚至超密度中子星中的中子的行为之间有着密切的联系。”。“现在我们可以精确地探测我们系统的温度响应，这教会了我们一些非常难以理解甚至难以到达的东西。”

Zwierlein和Fletcher的研究合著者是第一作者、前物理学研究生严振杰、前物理学研究生Parth Patel和Biswaroop Mikherjee，以及澳大利亚墨尔本Swinburne理工大学的Chris Vale。麻省理工学院的研究人员是麻省理工-哈佛超冷原子中心（CUA）的一部分

当原子云的温度降至接近绝对零度时，它们可以转变为罕见的物质状态。Zwierlein在麻省理工学院的团队正在探索超冷原子中出现的奇异现象，特别是费米子——通常相互回避的粒子，如电子

然而，在某些条件下，可以使费米子发生强烈的相互作用和配对。在这种耦合状态下，费米子可以以非常规的方式流动。在他们的最新实验中，该团队使用了费米离子锂-6原子，这些原子被捕获并冷却到纳开尔文温度

1938年，物理学家LászlóTisza提出了一个超流体的双流体模型——超流体实际上是一些正常粘性流体和无摩擦超流体的混合物。这种两种流体的混合物应该允许两种类型的声音，即普通密度波和特殊温度波，物理学家Lev Landau后来将其命名为“第二种声音”。

由于流体在特定的临界超冷温度下转变为超流体，麻省理工学院的团队推断，这两种流体也应该以不同的方式传输热量：在正常流体中，热量应该像往常一样消散，而在超流体中，它可以像声音一样以波的形式移动

Zwierlein说：“第二种声音是超流体的标志，但到目前为止，在超冷气体中，你只能从伴随它的密度波纹的微弱反射中看到它。”。“热浪的特性以前无法证明。”

调谐

Zwierlein和他的团队试图分离和观察第二种声音，即热的波状运动，与费米子在超流体中的物理运动无关。他们通过开发一种新的热成像方法——热成像技术来做到这一点。在传统材料中，人们将使用红外传感器来对热源进行成像

但在超低温下，气体不会发出红外辐射。相反，该团队开发了一种使用射频“观察”热量如何在超流体中移动的方法。他们发现，锂-6费米子根据其温度以不同的无线电频率共振：当云层温度较高，携带更多正常液体时，它会以更高的频率共振。云层中较冷的区域以较低的频率共振

研究人员应用了更高的谐振射频，这促使液体中任何正常的“热”费米子都会发出响应。然后，研究人员能够将注意力集中在共振费米子上，并随着时间的推移对其进行跟踪，以创建“电影”，揭示热量的纯粹运动——类似于声波的来回晃动

Zwierlein说：“当我们将这种物质冷却到超流体的临界温度时，我们第一次可以拍摄到它的照片，并直接看到它是如何从热平衡的正常流体转变为热来回晃荡的超流体的。”

这些实验标志着科学家首次能够直接成像第二种声音，以及超流体量子气体中的纯热运动

研究人员计划将他们的工作扩展到更精确地绘制其他超冷气体中热量的行为图。然后，他们说，他们的发现可以扩大规模，以预测热在其他强相互作用材料中的流动，例如在高温下