电子在不同材料中移动时，会遇到不同程度的阻力。基本上，绝缘体几乎不允许电子移动，半导体允许电子移动一些，导体允许电子移动很多，而超导体允许电子完全自由移动，没有任何阻力。因此，超导体材料可用于高速数据和能量传输，而其产生的强电磁场则可实现悬浮高速运输。
原子（金色）沿激光（绿色）边缘无摩擦流动的艺术家印象图
问题是，研究电子的运动是一件棘手的事情，因为这些粒子非常微小，而且运动速度超快。因此，在这项新研究中，麻省理工学院的研究小组找到了一种方法，可以哄骗体积更大、速度更慢的原子做出同样的行为。
具体来说，研究人员正在研究一种被称为边缘态的超导现象。在某些材料中，电子并不是在整个材料中自由移动，而是被限制在边缘，它们在那里流动，没有任何摩擦。即使在它们的路径上设置了障碍物，它们也会毫不费力地绕过障碍物，而不是像通常那样被弹开。
在电子中，这些状态发生在飞秒（四十亿分之一秒）和零点几纳米的距离内，当然很难捕捉到。但原子却能让这一切更加清晰可见。
"在我们的装置中，同样的物理现象发生在原子中，但时间是毫秒级和微米级，"该研究的合著者马丁-茨维尔林说。"这意味着，我们可以拍摄图像，观察原子沿着系统边缘持续爬行。"
研究人员将一团约一百万个钠原子封闭在一个激光阱中，温度比绝对零度高出一线，并让它们超快速地转圈。
这项研究的共同作者理查德-弗莱彻（Richard Fletcher）说："陷阱试图把原子向内拉，但离心力又试图把原子向外拉。这两种力相互平衡，所以如果你是一个原子，你会认为自己生活在一个平坦的空间，尽管你的世界在旋转。此外还有第三种力，即科里奥利效应，如果它们试图沿直线运动，就会发生偏转。因此，这些大质量原子现在的行为就像生活在磁场中的电子一样。"
然后，他们引入了边缘--一个激光光环，在外面形成了一堵墙。当原子接触到光环时，它们会粘附在光环上，沿着光环的边缘向一个方向自由流动。
接下来，研究人员引入了一些减速带，看看原子是如何处理的。他们向环中照射光点，果然，原子不受干扰地继续前进。
弗莱彻说："我们故意送入这个巨大的、具有排斥性的绿色圆球，原子应该会被它弹开。"但你看到的却是，它们神奇地绕过它，回到墙上，继续它们的快乐之旅。"
所有这些，原子的行为都与电子在边缘状态下的行为相吻合，这使得它首次直接可见。科学家们现在可以利用这个模型来检验新的理论并学习更多知识，这将有助于开发出更好的超导体。
弗莱彻说："这是非常简洁地实现了一个非常美丽的物理学原理，我们可以直接证明这个边缘的重要性和现实性。现在一个自然的方向是在系统中引入更多的障碍和相互作用，在这种情况下，事情会变得更加不明朗，不知道会发生什么。"
这项研究发表在《自然-物理》杂志上。