超固体
1980年代にいくつかの実験により否定的な結果が出ていたものの、UCSDのJohn Goodkindは超音波を用いることで固体中に最初の「変則」を発見した。彼が観察したのに触発され、ペンシルベニア州立大学のEun-Seong KimとMoses Chanは超固体の挙動として解釈できる現象を観察した。具体的には、容器の壁と固体ヘリウムとの相互作用が異常に低下する現象であり、古典的なモデルでは説明できないが、容器中にある原子の数パーセントが超流動を起こしたかのようにほかの原子との相互作用が弱まったと解釈することができた。後にこれを非古典回転慣性と命名している。このような解釈が正しい場合、物質の新たな量子段階の発見を意味する。
KimとChanの実験では「ねじれ振動子」を用いて超流動を捜索した。 これを実現するためにターンテーブルがバネをつけた軸にしっかりと取り付けられており、一定速度で回転する代わりにターンテーブルに大して一方向の初期運動が与えられる。バネはバランスホイールと同様にテーブルを振動させる。固体ヘリウム4で満たされたトロイドがテーブルに取り付けられる。ターンテーブルとトロイドの振動速度はそれとともに動く固体量に依存する。もし内部に摩擦のない超流動体が存在すると、ドーナツ(トロイド)と一緒に移動する質量は少なくなり、より速い速度で振動が生じる。
液体のヘリウム4はピョートル・カピッツァ、John F. Allen、Don Misenerによってλ点と呼ばれる特性遷移温度以下に冷却されたときに、超流動の特性を示すことが発見された。冷却された金属格子内の電子対(クーパー対)の超流動運動も、超伝導の背後にあるメカニズムである。しかし、固体ヘリウム4中の超流動のような挙動が最近観察される以前は、超流動は流体状態のみが持つ性質であると考えられていた。例えば、超伝導電子や中性子の液体、ボース=アインシュタイン凝縮体を含む気体、十分低い温度のヘリウム4やヘリウム3のような特殊な液体などである。
ヘリウム中の超流動は二次相転移(ラムダ転移)により通常の液体から生じる。ボース粒子の希釈気体中では、これが球体モデルの普遍性クラスに属する相転移により生じる。薄い液体ヘリウムのフィルムでは、KT転移により通常の液体から生じる。ヘリウム4の場合、1970年より超固体を作ることが可能であると推測されている。
この状態のほとんどの理論では、空孔(理想的な結晶中では通常粒子により占有されている)は絶対零度であっても存在すると考えられている。これらの空孔は零点エネルギーにより引き起こされ、これがまた波動として位置を移動させる。空孔はボゾンであり、もしこのような空孔の雲が非常に低い温度で存在できるのであれば、空孔のボース・アインシュタイン凝縮が数十分の1ケルビン以下の温度で起こる可能性がある。コヒーレントな空孔の流れは、反対方向への粒子の「スーパーフロー」(摩擦のない流れ)に当たる。空孔気体が存在していても結晶の秩序構造は保たれるが、各格子サイト上の粒子数は平均で1個未満になる。