热不仅会扩散，在某些情况下，它还可能像声波一样，以波的形式传播，被称为“第二声”。

这神秘的“第二声”一般不会出现在普通物质中，只会出现在某些特殊物质中，例如超流的氦。

最近，中国科学技术大学潘建伟团队在世界上首次“破译”了第二声的衰减率，即声扩散系数。

这是他们基于超冷锂-镝原子量子模拟平台获得的结果，并以此准确测定了体系的热导率与粘滞系数。

就在北京冬奥会开幕当天，国际著名学术期刊《科学》发表这项来自中国的量子模拟重大突破。

Science杂志的审稿人称该项工作“展示了令人惊叹的实验的杰作”“一篇极为出色的论文”“该工作有望成为量子模拟领域的一项里程碑”。

什么是超流？超流就是粘滞性变成0的流体，是一种宏观量子现象。

比如，因为有粘滞性的存在，我们搅拌一杯水形成的漩涡，会在停止搅拌后慢慢消失，恢复平静。而超流体中的漩涡却会永远停不下来。更神奇的是，装到一个容器中的超流体，会自己爬出来。

80多年前，苏联科学家列夫·达维多维奇·朗道建立了两流体理论，成功解释了氦-4液体（强相互作用玻色体系）的超流现象，并预言了熵或温度会以波的形式在超流中传播。

熵波的性质与传统声波类似，它在传播过程中会逐渐衰减，因此朗道又将其命名为第二声（second sound）。

他因此获得了1962年的诺贝尔物理学奖。

在此基础上，人们建立了一个普适的理论，叫做动力学标度理论（dynamical scaling theory）。

这是一个对很多量子体系的相变都具有重要指导意义的理论，例如高温超导、高分子聚合等。

不过，动力学标度理论指出，许多不同体系的相变过程都遵从相同的某些普适函数。

但这些普适函数在液氦中非常难测，所以人们很难在液氦中继续深入研究第二声现象。

科学家发现，第二声的传播和衰减与超流序参量直接耦合，是一种只存在于超流体中的独特量子输运现象。

由强相互作用（幺正）极限下的超冷费米原子形成的超流体具有极佳的纯净度与可控性，为研究第二声的衰减带来了全新的机遇。

在费米超流中研究第二声的衰减行为，不仅能回答“两流体理论能否描述强相互作用费米超流的低能物理”这一长期存在的问题，还能表征强相互作用费米体系在超流相变处的临界输运现象。

同时，这也是超冷原子量子模拟领域的一个重要目标。

于是，中国科学技术大学潘建伟、姚星灿、陈宇翱等与澳大利亚科学家胡辉合作，在这一方向上发起攻关。

想要观测第二声的衰减，不仅需要制备高品质的密度均匀费米超流，还需要发展探测微弱温度波动的方法。尽管费米超流已被实现近20年，上述两项关键技术却一直未得到突破，因此无法对第二声的衰减进行研究。

在过去四年多的时间里，研究团队搭建了一个全新的超冷锂-镝原子量子模拟平台，融合发展了灰色黏团与算法冷却、盒型光势阱等先进的超冷原子调控技术，最终成功地实现了世界领先的均匀费米气体的制备。

与此同时，他们还基于低噪声行波光晶格与高分辨原位成像技术，实验实现并理论诠释了低动量传递（约百分之五的费米动量）与高能量分辨率（优于千分之一的费米能）的布拉格谱学方法，并利用其实现了对体系密度响应的高分辨测量。

（A）装置示意图；（B）探测方案示意图；（C）第一声信号；（D）第二声信号

在取得上述两项关键技术突破的基础上，研究团队首次成功地在处于强相互作用（幺正）极限下的费米超流体中，观测到了熵波衰减的临界发散行为。

研究团队还进一步获得了第二声的衰减率（声扩散系数），它只跟波尔兹曼常数和普朗克常数有关，并以此准确测定了体系的热导率与粘滞系数。

研究结果表明，幺正费米超流体的输运系数均达到了普适的量子力学极限值。

此外，他们还在超流相变附近观测到了上述输运量的临界发散行为，并发现幺正费米超流体具有一个可观的临界区（比液氦超流体临界区大约100倍）。

这一发现为利用该体系开展进一步的量子模拟研究，从而理解强关联费米体系中的反常输运现象奠定了基础。

*文汇独家稿件，转载请注明出处。