令人难以置信！科学家观察到“量子龙卷风”：由超冷原子形成

科学家们观察到了经典物理学中量子行为的神奇现象：超冷的钠原子流体变成的“龙卷风”。

来自麻省理工学院的一个团队通过将粒子冷却到尽可能接近绝对零度，并消除其他干扰，观察到了当粒子在相互作用时会发生什么。

该团队使用激光和电磁铁诱捕并旋转了约100万个钠原子云。在以前的研究中，物理学家证明这将使云旋转成一个长针状结构，即玻色-爱因斯坦冷凝物，结构里的气体就像一个具有共享属性的单一实体。

科学家说：“在经典流体中，如香烟的烟雾，它只会不断变薄。但在量子世界中，流体达到了一个极限，它可以变得极限薄。”

在新的研究中，麻省理工学院的物理学家Biswaroop Mukherjee及其同事超越了这个阶段，拍摄了一系列图像，揭示了原子从受经典物理学支配转为受量子物理学支配后发生的情况。

以下的图像表示超冷原子在微秒内的密度。

（图源论文）

原子云从针状凝结物开始（左），经过蛇形不稳定图像（中），形成了微小的龙卷风（右）。

在相邻的晶体之间甚至还有微小的黑点，上面出现了逆流的漩涡——就像龙卷风那样。

该团队使原子的行为像在磁场中的电子一样。以这种方式操控原子使得所产生的量子现象更容易被操纵和观察，这为科学家研究这个迷雾重重的量子世界开辟了道路。

该研究论文题为"Crystallization of bosonic quantum Hall states in a rotating quantum gas"，已发表在《自然》期刊上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04170-2