颗粒物质：游走于固液边缘

    沙子、大米、巧克力豆……生活中这些颗粒物质无处不在。在理论上，由于是非平衡态的多体耗散系统，颗粒物质在不同条件下会表现出气、液、固态的特性，迄今还没有一个完备的统计力学理论框架；在实验上，颗粒物质一般不透明，由于传统实验技术限制，很难观测到其内部的运动状态。

    要想窥探颗粒物质运动的奥秘，首先就得看清楚颗粒物质内部运动状态。上海交通大学物理与天文学院教授王宇杰“脑洞大开”，将颗粒物质送进了医院，通过CT成像进行了近千次扫描，记录颗粒的运动。

    由于组成颗粒物质的单个颗粒与组成气液固态的原子分子很相似，因此过去几十年里，物理学家认为可以用固体、液体力学的理论来研究颗粒物质，也就是传统的硬球模型。

    每一次的实验观测，都会产生海量数据，必须统计分析以发现规律。但分析发现，这些实验现象是当时常用的硬球模型所无法解释的。也就是说，颗粒物质和传统意义上理想的液体和固体并不一样。

    王宇杰团队发现，颗粒物质具有多尺度现象，即除了粒径等尺度外，表面也是不可忽略的一个方面，而颗粒物质的表面并不是绝对光滑的。正是这些微小尺度决定着颗粒物质独特的运动特性。

    “我们发现原来一般意义上认为的颗粒固体其实是一种处在液固边界的临界相，在非常小的外部微扰下就会流化，在很多时候表现得其实更像液体。”这也很好解释了沙子静止时是沙丘；受到微小外部微扰就会“流动”，像沙漏。但是颗粒体系又有固体的性质，因为颗粒体系是耗散系统，外部微扰的能量会快速转移到原子层面，所以体系在微扰消失后会停止流动，恢复“固体”的形态。

    （《科技日报》11.23 刘禹 王春）