معمولا ماده به حالت‌های جامد، مایع، گاز و احتمالا پلاسما در طبیعت یافت می‌شود. در این میان حالت‌های دیگری از ماده وجود دارند که با داشتن ویژگی‌های پایه‌ی هر حالت، به صورتی ترکیبی از حالت‌ها شناخته می‌شوند.

دو تیم تحقیقاتی متشکل از فیزیکدانان، برای رسیدن به حالت جدیدی از ماده با نام ابرجامد دست به آزمایش‌های متعددی زده‌اند. ابرجامد یا Supersolid حالتی از ماده است که از بیرون، حالت جامد خود را حفظ می‌کند؛ ولی درون آن اتم‌ها به‌صورت سیال در حال حرکت هستند. در حقیقت ابرجامدها ساختاری بلوری مانند مواد جامد دارند ولی رفتاری مثل سیال از خود نشان می‌دهند.

به نظر می‌رسد ساخت ماده‌ای که ویژگی‌های دو حالت جامد و مایع را هم‌زمان داشته باشد غیرممکن باشد؛ چرا که داشتن این دو حالت در یک ماده شدنی نیست. با این حال وجود حالت ابرجامد از سال ۱۹۶۹ پیش‌بینی شده بود. فیزیکدانان روسی با انجام آزمایش‌هایی، پیش‌بینی کرده بودند هلیوم ۴ ایزوتوپی می‌تواند مثل ابرجامد‌، هم ویژگی‌های جامد و هم مایع داشته باشد.

در سال ۲۰۰۴، پژوهشگران دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا با سرد کردن گاز هلیوم به میزان کمتر از یک‌دهم صفر مطلق (منفی ۲۷۳ درجه‌ی سلسیوس)، به حالت ابرجامد هلیوم دست پیدا کردند. ماده‌ی به‌دست‌آمده در آزمایش‌های این گروه، هم حالت جامد داشت و هم ویژگی‌های یک ابرسیال را از خود نشان می‌داد. این ماده علاوه بر اینکه پایداری جامد را داشت؛ بدون هیچ گرانرَوی یا ویسکوزیته، جریان پیدا می‌کرد.

با این حال ماده‌ی ساخته‌شده در سال ۲۰۰۴ را به‌سختی می‌توان ابرجامد نامید؛ چرا که در فرآیند تولید آن، اثر کشسانی تأثیر مستقیمی بر ماده‌ی نهایی می‌گذارد. در سال ۲۰۰۶ یک فیزیکدان از دانشگاه کرنل هلیوم ابرجامد را به‌طور کل رد کرد. این نقدها به آزمایش، باعث شد گروه محققان دانشگاه پنسیلوانیا آزمایش خود را بار دیگر از نو طراحی کنند.

در سال ۲۰۱۰ نیز جان رپی از دانشگاه کرنل با استفاده از نوسان‌ساز torsional، آزمایش ابرجامد هلیوم را دوباره تکرار کرد. بر اساس نتایج این آزمایش؛ حالت ظاهری ابرجامد به خاطر نقص در ساختار کریستالی مواد است. رپی بیان می‌کند:

ایجاد ابرجامد به خاطر رفتار ذاتی و کوانتومی خالص کریستال نیست، بلکه این اتفاق به خاطر ضعف در ساختار کریستالی است.

در سال ۲۰۱۰ آزمایش دیگری از رپی ساختار کلی ابرجامد‌ها را با چالشی اساسی روبه‌رو کرد. بر این اساس رپی نوعی از موم‌سانی کوانتومی را در رفتار مواد کشف کرد. بنابراین با افزایش دما، سختی هلیوم ۴ ایزوتوپی به‌طور ناگهانی افزایش پیدا می‌کند، این رفتار با کاهش دما دوباره تکرار می‌شود و هلیوم سختی خود را حفظ می‌کند. این رفتار هلیوم باعث افزایش فرکانس نوسان‌ساز خواهد شد که سیگنالی مشابه ابر‌جامد‌ ارسال می‌کند. رپی در مورد این آزمایش می‌گوید:

با ناامیدی باید بگویم که نتیجه‌ی آزمایش چیزی غیر از ابرجامد است.

با این حال مجامع رسمی فیزیک در تائید یا رد آزمایش‌های دو تیم دانشگاه پنسیلوانیا و کرنل نظری ندارند و نمی‌توان دسترسی به ابرجامد را رد یا تائید کرد. اما جدیدترین تحقیقات فیزیکدانان آمریکایی و سوئیسی احتمالا دسترسی به ابرجامد را به تائید برساند.

دو تیم از دانشگاه‌های MIT آمریکا و ETH سوئیس، با همکاری هم توانسته‌اند یک ابر‌جامد در شرایطی خاص از ماده به نام Bose-Einstein condensate تولید کنند. چگالش بوز-اینشتین حالتی از ماده است که در دمای بسیار پایین و نزدیک به صفر مطلق تشکیل می‌شود؛ در این حالت ابراتم‌ها رفتاری مثل ریزموج دارند.

استفاده از حالت چگالش بوز-اینشتین که خود به‌عنوان ابرسیال شناخته می‌شود، کار را برای تیم تحقیقاتی راحت‌تر می‌کند؛ ابرجامد‌ رفتاری مثل ابرسیال از خود نشان می‌دهد.

در فرآیند ساخت ابرجامد، دانشمندان سعی کردند با حفظ ویژگی‌های ابرسیال به آن ویژگی‌های یک جامد، نظیر چگالی اتم‌ها ببخشند. این کار موجب شد ماده، ساختار جامد کریستالی خود را حفظ و از طرفی دیگر، مثل یک سیال در ساختار جامد خود جریان پیدا کند. بنابراین این تیم ماده‌ای ساختند که بدون هیچ مقاومتی در خود جریان می‌یابد.

یک محقق از دانشگاه City نیویورک (CUNY) که در تحقیق مشارکت ندارد، می‌گوید:

در حقیقت این اولین سیستمی است که هم ویژگی‌های جامد از خود نشان می‌دهد و هم مثل سیال رفتار می‌کند.

ادعای ایجاد ابرجامد احتمالا سروصدای زیادی در دنیای فیزیک به پا خواهد کرد؛ به همین دلیل تا تائید کامل نتایج این آزمایش، تیم تحقیقاتی از دادن اطلاعات بیشتر خودداری می‌کند. مهم‌ترین چالش موجود برای این تیم، نحوه‌ی تعریف یک ابرجامد است و اینکه آیا استفاده از حالت پایه‌ی چگالش بوز-اینشتین به‌جای هلیوم ۴ ایزوتوپی در رسیدن به ابرجامد درست است؟

نویسنده‌ی مجله‌ی علمی ScienceNews در این مورد می‌نویسد:

تعریف موجود از ابرجامد به اندازه‌ی کافی عجیب و متناقض به نظر می‌رسد؛ دلیل آن هم تجمیع ویژگی‌های ابرسیال و جامد در یک ماده است. به نظر می‌رسد مواد به‌تنهایی یکی از این حالت‌ها را ترجیح می‌دهند. با این حال در حالت چگالش بوز-اینشتین، این دو ویژگی‌ به صورت عملی‌تری در ماده وجود دارند که آن را ایده‌ی بهتری از هلیوم ۴ ایزوتوپی نشان می‌دهد.

در تحقیق دانشگاه پنسیلوانیا، ساختار داخلی هلیوم بر اساس تغییرات تدریجی دما شکل می‌گیرد. در آزمایش جدید ابرجامد با افزایش دستی سرعت، تغییرات ساختاری ماده ایجاد شده است. دخالت عامل انسانی در این فرآیند احتمالا از سوی بخشی از جامعه‌‌ی علمی مردود اعلام خواهد شد.

با این حال باید منتظر واکنش فیزیکدانان و تکرار آزمایش‌ توسط تیم MIT و ETH ماند.

نتایج کامل این دستاورد علمی را می‌توانید در سایت دانشگاه کرنل مطالعه کنید.