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除了常见的三种状态——固体、液体和气体——还有一些更美妙的状态，例如超流体。 Superflow 是一种没有粘性阻力的流体，它可以爬上容器壁，甚至可以逆重力流动。 超流体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。
超流动性的一个典型例子是液氦，它通过在接近绝对零度的低温下形成玻色-爱因斯坦凝聚来表现出超流动性。 但是，如果我们考虑费米子，例如电子或中子，它们也可以形成超流体吗？ 答案是肯定的，但机制不同。 由于泡利不相容原理，费米子不能像玻色子一样聚集在同一个量子态，必须通过一种叫做库珀配对的过程成对组合成类玻色子的复合粒子，才能实现超流体。 这种超流体的例子包括超导体中的电子对和中子星中的中子对。
那么，如果我们有一个既不是玻色子也不是费米子的粒子，它们能形成超流体吗？ 这听起来像是一个荒谬的问题，因为所有粒子要么是玻色子，要么是费米子。 然而，如果我们考虑一个叫做费米气体的系统，它由一些相互作用很好的费米子组成，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导致它们的性质发生变化，使它们在某种意义上既是玻色子又是费米子。 这样的系统可以在实验室中用冷原子气体实现，通过调整原子之间的散射长度，可以实现玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）和巴丁-库珀-施里弗（BCS）超流之间的连续跃迁。 这种转变被称为BEC-BCS串联，是强相关费米系统的重要范式，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厚的联系。
BEC-BCS串联的一个关键问题是，它的超流体相变发生在什么温度下？ 这个问题并不容易回答，因为强相互作用使理论计算变得非常困难，并且实验测量提出了许多挑战。 为了检测超流体相变，我们需要一种可以直接测量系统温度和热传递的方法。 在传统材料中，我们可以使用热电偶或红外热像仪来实现这一点，但在冷原子气体中，这些方法都不合适，因为原子之间没有电荷或磁矩，也没有固定的形状或边界。 那么，我们该怎么做呢？
最近发表在《科学》杂志上的一篇文章描述了一种新方法，即热成像，用于测量强相互作用的费米气体的温度和热传递。 这种方法的原理是利用射频（RF）光激发原子的内部跃迁，从而改变原子的自旋态。 这个过程会导致原子能量的变化，从而影响原子的运动状态。 通过测量原子的运动分布，我们可以推断出原子的能量分布，即温度分布。 这就像通过观察发光金属的颜色来判断其温度一样。 这种方法的优点是可以进行空间分辨，从而得到系统的局部温度，而不是整个系统的平均温度。 此外，它适用于不同的相互作用强度和不同的相态，因为它只取决于原子的内部结构，而不取决于原子之间的相互作用。
使用这种方法，研究人员观察到二维强相互作用费米气体中超流体相变的直接证据。 研究人员首先在系统中创建了一个热点，然后观察了它的演变。 在超流体相变的临界温度以下，他们发现热点的扩散速度突然变快，并表现出振荡行为。 这表明热点的扩散不再是由热扩散引起的，而是由超流的波动引起的，称为二音。 第二种声音是由超流和正常流两种流体组成的复合波，它可以在超流中传播热量而不会损失能量。 通过分析第二声的速度和衰减，可以得到超流的密度和粘度系数，从而验证了朗道的双流体理论。 他们还发现，在超流体相变的临界点附近，第二声的扩散系数存在峰值，表明系统的临界行为。
他们的实验为探测强相互作用费米气体的热输运提供了新的手段，可以揭示系统的热力学和流体力学性质，从而为理解强相关费米系统的物理机理提供重要信息。