一个固体是否能以某种方式穿越另一个固体而自由移动？（下）

20世纪90年代末，加州大学圣迭戈分校的约翰·古德凯德和他的同事在对由氦的同位素氦-3和氦-4构成的晶体进行实验时，发现了奇怪的东西。

实验结果令人震惊

生成氦晶体并不容易，你不仅需要把液态氦-4转换为固体的冷冻温度，而且还必须将液态氦-4加压到至少25个标准大气压。古德凯德研究小组利用超声波轰击固态氦-4晶体。当研究人员将晶体冷却到接近绝对零度的温度时，他们注意到超声波加快速度。这可能与超固体的构成有关。当声音穿过固体时，会引起原子振动。如果晶体的一部分变成超固体，它将与晶体的剩余部分分离，使超声波传播的速度加快。

受该研究结果的鼓舞，宾夕法尼亚州立大学的摩西·陈和他的学生金永顺决定在2001年亲自实验。他们将一些固态氦-4放在一个桶里，悬挂在绳上，先是让其以顺时针方向旋转，然后在冷冻过程中，以每秒1000次的速度逆时针旋转。

该实验能让研究人员了解，固态氦-4在非常低的温度下快速振动时出现的状况。实际上，上述“桶”比缝纫用的顶针还要小，而且是在杆上面旋转，而不是在绳上。

该实验最终获得了成功。当实验者将晶体的温度冷却至2 K以下时，他们开始认真监控小桶的振动速率。这种振动的频率受杆的硬度和小桶的惯性的控制，而小桶的惯性又由桶内氦的质量决定。在温度降至约0.2 K时，小桶开始振动得更加快速，其中一些氦似乎有从桶里溢出来的架势。

摩西·陈和金永顺得出的结论是：固体中约有1%的氦晶体保持静止，而其余99%正常转动。晶体中99%的部分看上去似乎正从保持静止的1%氦晶体中穿过。结果的确令人非常震惊，但他们必须保证这些现象不是设计装置缺陷的结果。鉴于此，他们再次用氦-3代替氦-4进行了实验，因为氦-3的原子是费密子，不应形成超固体。如果他们发现氦-3对结果没有产生任何影响，他们就会据此确信上次的研究结果是正确的。

理论家提出质疑

研究结果再次与研究人员预测的一样。但即便如此，陈和金还不能完全确信所看到的现象。他们在把实验结果刊登在《自然》杂志上时，起了一个相当模糊的题目：“或许发现超固态氦”。在其他物理学家对该结果表示怀疑时，陈和金又进行了多次实验。他们把后来的研究结果刊登在《科学》杂志上，不过这次他们在题目中去掉了“或许”二字。

陈认为，其研究结果最为具有逻辑性的解释是，1%的原子或空位浓缩成一个单位，这个单位后来受到量子力学规则的影响，而剩余的99%则继续生活在非量子物理世界里。然而，陈的实验结果还是引发了巨大争议。与此同时，理论家也对陈的研究结果提出质疑。马萨诸塞大学理论家尼古拉·普罗科夫及其同事鲍里斯·斯维斯图诺夫认为，陈所看到的只是无数微小晶体在大量液态氦中滑行的现象，而不是超固体穿过一块晶体。

伊利诺伊大学理论家戴维·塞普利认为，空位不可能在陈实验的高压环境中出现。他表示，不断升高的压力将会把空位从晶体中“挤压”出来。

2003年物理学诺贝尔奖得主托尼·莱格特则认为，超固体行为甚至可能不涉及空位。但陈确信，超固体行为涉及空位和其他类型的晶体缺陷，并把这一问题抛给理论家们，这是有意义的。