热成像揭示强相互作用费米气体的超流相变

在常见的三种状态——固体、液体和气体——之外，还有一些更奇妙的状态，比如超流。超流是一种没有粘滞阻力的流体，它可以沿着容器的壁面爬上去，甚至逆着重力流动。超流的存在是量子力学的一个重要结果，它表明了物质的微观波动性。

超流的一个典型例子是液氦，在接近绝对零度的低温下，液氦的原子会形成玻色-爱因斯坦凝聚，从而表现出超流性。但是，如果我们考虑的是费米子，比如电子或中子，它们是否也能形成超流呢？答案是肯定的，但是机制却不同。费米子由于泡利不相容原则，不能像玻色子那样聚集在同一个量子态，它们必须通过一种叫做库珀配对的过程，两个两个地结合成类似玻色子的复合粒子，才能实现超流。这种超流的例子包括超导体中的电子对和中子星中的中子对。

那么，如果我们有一种既不是玻色子也不是费米子的粒子，它们能不能形成超流呢？这听起来似乎是一个荒谬的问题，因为所有的粒子都要么是玻色子要么是费米子。但是，如果我们考虑的是一种叫做费米气体的系统，它由一些相互作用很强的费米子组成，那么情况就有点不同了。在这种情况下，费米子之间的相互作用会导致它们的性质发生变化，从而使得它们在某种意义上既像玻色子又像费米子。这种系统可以在实验室中用冷原子气体来实现，通过调节原子之间的散射长度，可以在玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）和巴丁-库珀-施里弗（BCS）超流之间实现连续的过渡。这种过渡被称为BEC-BCS串联，它是强关联费米系统的一个重要范例，它与高温超导体、中子星和夸克-胶子等离子体等系统有着深刻的联系。

BEC-BCS串联的一个关键问题是，它的超流相变发生在什么温度？这个问题并不容易回答，因为强相互作用使得理论计算变得非常困难，而实验测量也面临着很多挑战。为了探测超流相变，我们需要一种能够直接测量系统的温度和热输运的方法。在常规的材料中，我们可以用热电偶或者热像仪来实现这一目的，但是在冷原子气体中，这些方法都不适用，因为原子之间没有电荷或者磁矩，也没有固定的形状或者边界。那么，我们该怎么办呢？