我们会知道所有的物质状态吗？ 而不是三五百

去年，媒体流传说“一种物质形式出现了”，可以称为超硬，或者，例如，更方便，虽然不那么波兰语，超硬。 来自麻省理工学院科学家的实验室，它是一种结合了固体和超流体特性的矛盾——即粘度为零的液体。

物理学家此前曾预测上清液的存在，但到目前为止，实验室中还没有发现任何类似的东西。 麻省理工学院科学家的研究结果发表在《自然》杂志上。

麻省理工学院物理学教授、2001 年诺贝尔奖获得者沃尔夫冈·凯特勒 (Wolfgang Ketterle) 在论文中写道：“一种结合了超流体和固体特性的物质违反了常识。”

为了理解这种相互矛盾的物质形式，凯特勒的团队在另一种称为玻色-爱因斯坦凝聚体 (BEC) 的特殊物质形式中操纵了超固态原子的运动。 Ketterle 是 BEC 的发现者之一，这使他获得了诺贝尔物理学奖。

“挑战是在冷凝物中添加一些东西，使其演变成'原子陷阱'之外的形式并获得固体的特性，”凯特勒解释说。

研究小组在超高真空室中使用激光束来控制冷凝物中原子的运动。 最初的一组激光用于将一半的 BEC 原子转换为不同的自旋或量子相。 因此，创建了两种类型的 BEC。 在额外的激光束的帮助下，两个凝聚体之间的原子转移引起了自旋变化。

“额外的激光器为原子提供了额外的自旋轨道耦合能量提升，”凯特勒说。 根据物理学家的预测，由此产生的物质应该是“超硬”的，因为在自旋轨道上与共轭原子的凝聚物会以自发的“密度调制”为特征。 换句话说，物质的密度将不再是恒定的。 相反，它将具有类似于结晶固体的相图。

对超硬材料的进一步研究可能有助于更好地了解超流体和超导体的特性，这对于高效的能量转移至关重要。 超硬材料也可能是开发更好的超导磁体和传感器的关键。

不是聚合状态，而是阶段

超硬状态是物质吗？ 现代物理学给出的答案并不是那么简单。 我们记得在学校里，物质的物理状态是物质所处的主要形态，决定了它的基本物理性质。 物质的性质由其组成分子的排列和行为决定。 XNUMX世纪物质状态的传统划分区分了三种这样的状态：固态（solid）、液态（liquid）和气态（gas）。

但是，目前看来，物相似乎是对物质存在形式的更准确定义。 处于各个状态的物体的性质取决于组成这些物体的分子（或原子）的排列。 从这个角度来看，旧的聚合状态划分仅适用于某些物质，因为科学研究表明，以前认为的单一聚合状态实际上可以分为性质不同的物质的许多相。 粒子配置。 甚至在同一身体中的分子可以同时以不同方式排列的情况。

此外，事实证明，固态和液态可以通过多种方式实现。 吉布斯相原理描述了系统中物质的相数和在系统中不发生质变的情况下可以改变的强度变量（例如压力、温度）的数目。

物质相的变化可能需要能量的供应或接收——然后流出的能量将与改变相的物质的质量成正比。 然而，一些相变在没有能量输入或输出的情况下发生。 我们根据描述该物体的某些量的阶跃变化得出关于相变的结论。

在迄今为止发布的最广泛的分类中，大约有五百个聚合状态。 许多物质，尤其是不同化合物的混合物，可以同时存在于两个或多个相中。

现代物理学通常接受两相——液相和固相，气相是液相的一种情况。 后者包括各种类型的等离子体、已经提到的超电流相和许多其他物质状态。 固相由各种结晶形式以及无定形形式表示。

拓扑zawiya

近年来，关于新的“聚合状态”或难以定义的材料相的报道一直是科学新闻的主要内容。 同时，将新发现分配给其中一个类别并不总是那么容易。 前面描述的超固体物质很可能是固相，但也许物理学家有不同的看法。 几年前在大学实验室

例如，在科罗拉多州，一个液滴是由砷化镓颗粒产生的——某种液体，某种固体。 2015 年，由日本东北大学化学家 Cosmas Prasides 领导的一个国际科学家团队宣布发现了一种新的物质状态，它结合了绝缘体、超导体、金属和磁铁的特性，称之为 Jahn-Teller 金属。

也有非典型的“混合”聚合状态。 例如，玻璃不具有晶体结构，因此有时被归类为“过冷”液体。 此外 - 某些显示器中使用的液晶； 油灰 - 硅树脂聚合物，塑料，有弹性甚至易碎，具体取决于变形率； 超级粘稠、自流的液体（一旦开始，溢出将持续直到上部玻璃中的液体供应耗尽）； 镍钛诺是一种镍钛形状记忆合金，弯曲时会在温暖的空气或液体中变直。

分类变得越来越复杂。 现代技术消除了物质状态之间的界限。 正在取得新的发现。 2016 年诺贝尔奖获得者 - David J. Thouless、F. Duncan、M. Haldane 和 J. Michael Kosterlitz - 将两个世界联系在一起：物理学科物质和数学分支拓扑学。 他们意识到存在与拓扑缺陷相关的非传统相变和物质的非传统相——拓扑相。 这导致了大量的实验和理论工作。 这场雪崩还在以极快的速度流淌着。

有些人再次将二维材料视为一种新的、独特的物质状态。 多年来，我们已经知道这种类型的纳米网络——磷酸盐、锡烯、硼烯，或者最后是流行的石墨烯。 上述诺贝尔奖获得者尤其参与了这些单层材料的拓扑分析。

关于物质状态和物质相的老式科学似乎已经走了很长一段路。 远远超出了我们从物理课上仍能记住的东西。