通常，当物体被加热时，热量会向外扩散并最终消散。然而，在超流体量子气体的世界中，情况却有所不同。最近，麻省理工学院（MIT）的科学家首次成功成像了热量在这种奇异流体中以波的形式传播的过程，这种现象被称为“第二声波”。这一发现有望帮助解答关于高温超导体和中子星的相关问题。
超流体中的热量传播方式
在普通材料中，热量会从局部热源向外扩散。例如，将一块燃烧的煤放入水中，水的温度会逐渐上升，随后热量消散。然而，超流体量子气体却打破了这一热传导规律。在这种材料中，热量并非均匀扩散，而是像波浪一样“来回摆动”，科学家将这种现象称为“第二声波”（与通过密度波传播的普通声波相对）。尽管这一现象此前已被观察到，但从未被成像。
MIT的创新成像技术
为了捕捉这种纯热量的波动，MIT的研究团队开发了一种新的热成像技术。研究结果发表在《科学》杂志上。论文合著者、MIT助理教授理查德·弗莱彻（Richard Fletcher）用沸水的类比来描述这种超流体中“第二声波”的奇特行为：“就像你有一桶水，将其中一半加热到接近沸腾。如果你观察，水本身可能看起来完全静止，但突然另一边变热，然后另一边又变热，热量来回摆动，而水看起来却完全静止。”
超流体的形成与特性
超流体是在接近绝对零度（-459.67°F）的极低温环境下，由原子云形成的。在这种状态下，原子的行为变得不同，形成了一种几乎无摩擦的流体。在这种无摩擦状态中，热量被理论化为以波的形式传播。论文第一作者马丁·兹维莱因（Martin Zwierlein）表示：“第二声波是超流体的标志，但在超冷气体中，此前只能通过伴随的密度波纹的微弱反射观察到它。热波的性质从未被证实。”
突破性的实验方法
为了捕捉“第二声波”，兹维莱因及其团队需要突破传统热成像技术的限制。由于超冷物体不会发射通常的红外辐射，研究团队设计了一种利用无线电频率追踪锂-6费米子（一种亚原子粒子）的方法。这些粒子的频率会随温度变化而变化（温度越高，频率越高）。通过这种创新技术，研究人员能够追踪“较热”频率（尽管仍然非常冷）并观察“第二声波”的传播。
科学意义与应用前景
虽然超流体量子气体在日常生活中并不常见，但理解“第二声波”的传播特性对材料科学和天文学具有重要意义。这一发现可能有助于研究高温超导体（尽管其温度仍然极低）以及中子星核心的复杂物理现象。随着对这一现象的深入研究，科学家们有望在超导技术和天体物理学领域取得新的突破。
