電子在不同材料中移動時，會遇到不同程度的阻力。基本上，絕緣體幾乎不允許電子移動，半導體允許電子移動一些，導體允許電子移動很多，而超導體允許電子完全自由移動，沒有任何阻力。因此，超導體材料可用於高速資料和能量傳輸，而其產生的強電磁場則可實現懸浮高速運輸。

原子（金色）沿著雷射（綠色）邊緣無摩擦流動的藝術家印象圖

問題是，研究電子的運動是一件棘手的事情，因為這些粒子非常微小，而且運動速度超快。因此，在這項新研究中，麻省理工學院的研究團隊找到了一種方法，可以哄騙體積更大、速度較慢的原子做出同樣的行為。

具體來說，研究人員正在研究一種被稱為邊緣態的超導現象。在某些材料中，電子並不是整個材料中自由移動，而是被限制在邊緣，它們在那裡流動，沒有任何摩擦。即使在它們的路徑上設置了障礙物，它們也會毫不費力地繞過障礙物，而不是像通常那樣被彈開。

在電子中，這些狀態發生在飛秒（四十億分之一秒）和零點幾奈米的距離內，當然很難捕捉。但原子卻能讓這一切更清晰可見。

“在我們的裝置中，同樣的物理現象發生在原子中，但時間是毫秒級和微米級，”該研究的合著者馬丁-茨維爾林說。 “這意味著，我們可以拍攝影像，觀察原子沿著系統邊緣持續爬行。”

研究人員將一團約一百萬個鈉原子封閉在一個雷射阱中，溫度比絕對零度高出一線，並讓它們超快速地轉圈。

這項研究的共同作者理查德-弗萊徹（Richard Fletcher）說：「陷阱試圖把原子向內拉，但離心力又試圖把原子向外拉。這兩種力相互平衡，所以如果你是一個原子，你會認為自己生活在一個平坦的空間，儘管你的世界在旋轉。大質量原子現在的行為就像生活在磁場中的電子一樣。

然後，他們引入了邊緣–一個雷射光環，在外面形成了一堵牆。當原子接觸到光環時，它們會黏附在光環上，並沿著光環的邊緣向一個方向自由流動。

接下來，研究人員引入了一些減速帶，看看原子是如何處理的。他們向環中照射光點，果然，原子不受干擾地繼續前進。

弗萊徹說：「我們故意送入這個巨大的、具有排斥性的綠色圓球，原子應該會被它彈開。」但你看到的卻是，它們神奇地繞過它，回到牆上，繼續它們的快樂之旅。 “

所有這些，原子的行為都與電子在邊緣狀態下的行為相吻合，這使得它首次直接可見。科學家現在可以利用這個模型來檢驗新的理論並學習更多知識，這將有助於發展出更好的超導體。

弗萊徹說：”這是非常簡潔地實現了一個非常美麗的物理學原理，我們可以直接證明這個邊緣的重要性和現實性。現在一個自然的方向是在系統中引入更多的障礙和相互作用，在這種情況下，事情會變得更加不明朗，不知道會發生什麼。

這項研究發表在《自然-物理》雜誌。