超固体中的Glitches，是如何揭示中子星的物理性质的

什么是超固体

大家可能都知道，物质有三种常见的状态：固体、液体和气体。固体的特点是有固定的形状和体积，液体的特点是有固定的体积但没有固定的形状，气体的特点是没有固定的形状和体积。这些状态之间可以通过温度和压力的变化进行转换，比如冰可以融化成水，水可以蒸发成水蒸气。

但是，物质的状态并不止这三种。在极低的温度下，一些物质会出现一种奇特的状态，叫做超流体。超流体的特点是没有粘滞阻力，可以无摩擦地流动，而且可以沿着容器的壁面爬升。超流体的一个典型的例子是液氦，在2.17 K以下，液氦就会变成超流体。超流体的存在是由量子力学的效应造成的，因为在极低的温度下，物质的波动性会占据主导地位，导致物质的原子或分子形成一个巨大的量子态，叫做玻色-爱因斯坦凝聚态。

那么，超固体是什么呢？超固体是一种同时具有超流性和固体性的物质状态。这意味着，超固体既有固定的形状和体积，又可以无粘滞地流动。超固体的存在是一种理论的预言，但是在实验上很难观察到。直到最近几年，一些实验室才成功地制造出了超固体的候选体系，比如极冷的偶极分子气体和光晶格中的原子气体。这些体系的共同特点是，它们的原子或分子之间有着强烈的吸引力和排斥力，导致它们形成了一种类似于晶体的周期性结构，叫做自组织的光晶格。这种光晶格可以在空间上移动，而且可以在旋转时形成涡旋，表现出超流性。

什么是Glitches

Glitches是一种天文学上观察到的现象，指的是中子星的自转速度突然增加的事件。中子星是一种极端的天体，它们是由恒星在坍缩后形成的，质量很大，半径很小，密度很高，磁场很强。中子星的内部结构非常复杂，可以分为几个层次，从外到内依次是：固体的铁质外壳，液态的核物质，超流的中子，超导的质子，以及可能存在的夸克物质。中子星的自转速度通常很快，可以达到每秒几百次，而且会随着时间缓慢减慢，这是由于中子星向外辐射电磁波和引力波，损失了角动量的结果。但是，有时候，中子星的自转速度会突然增加一小段，这就是Glitches。

Glitches的原因是什么呢？目前最广泛接受的解释是，Glitches是由于中子星内部的超流层和固体外壳之间的相互作用造成的。由于超流层没有粘滞阻力，它的自转速度不会随着时间减慢，而是保持恒定。但是，超流层中存在着许多涡旋，每个涡旋都携带着一定的角动量。这些涡旋会被固体外壳的不规则表面所钉住，形成一个涡旋阵列。当固体外壳的自转速度减慢时，涡旋阵列会受到一个向外的拉力，导致涡旋的密度增加。当涡旋的密度达到一个临界值时，涡旋就会突然从外壳上脱钉，释放出角动量，传递给外壳，使得外壳的自转速度增加。这就是Glitches的机制。

新研究

最近一篇论文的作者利用了超固体和中子星之间的类比，用数值模拟的方法研究了超固体中的Glitches现象。他们考虑了一种由偶极分子组成的超固体，这种超固体由许多小的液滴构成，每个液滴都是一个玻色-爱因斯坦凝聚态，而液滴之间由偶极相互作用形成了一个光晶格。这种超固体可以在旋转时形成涡旋，而且涡旋会被低密度的液滴间隙所钉住。当超固体的旋转速度减慢时，涡旋的密度会增加，直到涡旋从液滴间隙上脱钉，导致超固体的旋转速度突然增加，形成Glitches。

作者发现，超固体中的Glitches和中子星中的Glitches有很多相似之处，比如都有一个快速的自转加速阶段，和一个缓慢的自转恢复阶段。但是，超固体中的Glitches也有一些不同之处，比如它们的大小和频率都和超固体的质量有关，而且它们会受到超固体的结构和质量的影响。作者还发现，当超固体接近于普通的固体时，Glitches的效应会被抑制，这是因为涡旋的钉住和脱钉变得更加困难。作者认为，超固体中的Glitches可以用来模拟中子星中的Glitches，从而揭示中子星内部的物理性质。