奇异金属挑战传统电学理论，电子不再单独行动，而以神秘的量子“汤”流动，揭示高温超导的秘密，或将重塑我们对电的理解。
在维也纳科技大学的Silke Bühler Paschen实验室里，一场关于电的革命正在悄然展开。实验室墙壁贴满铜箔，隔绝电磁波干扰；一台蓝色冰箱悬挂在天花板的洞口中，依靠精密的机器人减震器抵消地铁深处的微弱震动。冰箱冷凝水滴入一个印有小黄人图案的儿童泳池，而在冰箱内部，一根细如发丝的奇异材料样本被冷却到接近绝对零度的千分之一度。这片样本的电传导行为，正成为凝聚态物理学中最引人入胜的谜团之一。
这些被称作“奇异金属”的材料，彻底颠覆了我们对电的传统认知。从普通墙壁插座出发，电子按照经典电学理论，单独或小群地通过电线进入冰箱。然而，当它们进入由镱、铑和硅组成的样本时，一切都变了。40年来，物理学家们对这些材料的怪异行为困惑不已，因为传统电学理论在这里完全失效。Paschen的实验揭示，电子似乎失去了独立性，“像是凭空消失了”，她说。电荷以一种弥散的、无定形的形态穿过金属，仿佛没有独立分子的水流。
这种奇特的现象不仅限于少数特殊材料。Paschen和其他实验室的最新研究表明，奇异金属的电导率随温度升高而线性增加，远超普通金属；而在低温下，它们又能完全丧失电阻，成为超导体，且超导温度高于传统超导体。一些科学家认为，高温超导与奇异金属特性是同一现象的两种表现。伊利诺伊大学香槟分校的Philip Phillips说：“要搞清楚超导，先得弄懂奇异金属，这是一切的核心。”如果能破解这一谜团，室温超导——这一可能变革电网和交通技术的梦想——或许不再遥远。
历史上，电学理论曾多次被颠覆。19世纪末电子被发现后，物理学家将它们视为在导体原子晶格中弹来弹去的独立粒子，像弹珠机里的小球。尽管电子间因负电荷相互排斥，但计算亿万次相互作用的复杂性令人望而却步。1956年，苏联物理学家Lev Landau提出“准粒子”概念，将一群电子的集体行为视为一个较重的单一粒子，类似体育场中起立的观众波。这就是费米液体理论，至今仍是描述固体中电传导的标准模型。
然而，奇异金属打破了这一模型。1987年，IBM瑞士实验室发现铜基化合物(杯氧化物)能在比液氦高约30摄氏度的温度下超导，远超费米液体理论的解释范围。更令人费解的是，当这些材料被加热到超导临界温度以上时，它们的电阻率呈直线上升，而非普通金属的指数曲线。莱斯大学的Qimiao Si说：“奇异金属对传统固体理论的违背太明显了，简直触目惊心。”这种现象迫使科学家重新思考电子，甚至粒子的概念是否过于简化。
约翰霍普金斯大学的Peter Armitage直言：“奇异金属问题是凝聚态物理学中最难的挑战，但物理学家从不逃避难题。”为了探寻答案，研究者们开发了新实验技术。2016年，Paschen与Si及Doug Natelson合作，监听奇异金属中的电流波动，就像通过屋顶上雨滴的声响判断雨滴大小。他们发现，电流不像准粒子那样发出断续的杂音，而是如均匀的“汤”般平稳流动。2023年的实验结果进一步动摇了准粒子理论，Paschen形容这像从“混乱的电子龙卷风”转变为“平静的寂静之地”。
其他实验也在揭示奇异金属的怪异本质。Armitage用远红外光照射样本，未发现准粒子踪迹；布里斯托大学的Stephen Hayden用中子束探测，观察到磁波随温度降低而减缓，暗示材料正经历状态转变；UIUC的Peter Abbamonte用电子枪测量电荷密度，发现电荷均匀分布，毫无个体电子的痕迹。这些实验还揭示，奇异金属的电子行为具有“尺度不变性”——无论在狭窄还是宽广的温度范围内，电荷密度的波动曲线总是相似，宛如放大雪花时看到相同的图案。
奇异金属的怪异行为不仅限于杯氧化物。研究者在石墨烯、镍铟星形晶格等材料中也发现了类似现象，挑战着传统电学理论的普遍性。荷兰物理学家Jan Zaanen早在2004年就注意到，奇异金属的电阻率上升速度似乎总与普朗克常数相关，体现出量子效应的模糊性。他称之为“普朗克耗散”，认为这是奇异金属行为的关键线索。2019年，他发表了一篇40页的宣言，呼吁摒弃准粒子模型，探索全新的物理学。
Zaanen的宣言引发了激烈争论，但也激发了理论创新。2022年，Phillips团队在《科学》杂志上提出，奇异金属中电子不再是主要电荷载体，电流由某种非局域的实体传递。哈佛大学的Subir Sachdev认为，准粒子因与磁波和晶格缺陷的散射而解体，形成高度纠缠的电子“汤”。Si则提出，金属内层电子的强纠缠阻止了它们与外层导电电子的互动，导致准粒子瓦解，电流以高电阻的纠缠态流动。Paschen的最新实验通过测量铈、钯、硅化合物的纠缠，证实了至少九个电子的强纠缠，创下固态系统中纠缠的最高纪录。
Phillips提出了更激进的假说，认为奇异金属中的电流可能由“非粒子”承载——一种没有固定质量的物质形态。他承认这一想法比Sachdev和Si的理论更离经叛道，但他认为只有这样才能解释所有实验数据。Phillips的独特视角或许与他作为黑人物理学家的经历有关：“当你本就不属于主流，逆流而上就更容易。”
对奇异金属的探索不仅关乎超导，也可能重塑电学理论。Zaanen生前写道：“20世纪物理学围绕粒子概念展开，但在奇异金属中，粒子的想法完全误导。”他认为，奇异金属的核心是量子纠缠，电子形成一种极低黏度的“量子汤”，以最快速度耗散能量。Si补充道：“如果电荷本就是一团汤，寻找超导中电子对的‘胶水’可能是个错误方向。”他认为，奇异金属的高电阻表明电子处于“受挫”状态，低温下会自然重组为超导态。
在2023年德国德累斯顿的马克斯·普朗克复杂系统物理研究所的一次研讨会中，Si、Sachdev和Phillips齐聚一堂。尽管他们的理论各有侧重，但都认同电流在奇异金属中以无粒子的量子汤形式流动。Sachdev乐观地说：“我们离理解奇异金属已经很近了，我们只是在从不同角度描述同一头大象。”Phillips则在黑板上写满数学公式，试图用非粒子取代准粒子描述。他甚至在研讨会间隙排练歌剧，以莫扎特歌剧中的一句“日夜钻研，绞尽脑汁，直到消灭你”表达对准粒子的挑战。
这场关于奇异金属的探索，不仅是为了解决物理学中的难题，更是为了Zaanen的遗志。他因长期吸烟罹患食道癌，2023年陷入昏迷，醒来后甚至开玩笑问能否参加自己的追悼会。那年夏天，他在莱顿举办了一场“活葬礼”，全球物理学家齐聚一堂。他去世后，Phillips说：“我们都感到一种紧迫感，要解决这个问题，这是对Jan的承诺。”
奇异金属的故事还在继续。Paschen的团队在洁净室中忙碌，将材料喷涂成薄膜，切割成细丝，放入蓝色冰箱，聆听从奇异金属到超导体的转变。Si相信，测量纠缠的突破正打开一扇“洪流之门”。而Phillips则梦想用非粒子理论彻底改写电学，“如果我们能杀死准粒子，就有了一个全新的起点。”
或许，未来的某一天，室温超导将不再是梦想，而电的本质也将被重新定义。正如Aronson所说：“我们对电子的依恋源于课本，但也许电子并非凝聚态物理的根本。”奇异金属，正以它怪诞的方式，引领我们走向未知的科学疆域。
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