来，见识一下量子云卷

科学家们观察到经典物理学让位于量子行为的惊人演示，操纵超冷钠原子流体成独特的龙卷风状。

粒子在量子层面上的行为有所不同，部分原因是，它们之间的相互作用比它们运动产生的能量的影响更大。

然后，当然，还有个令人难以置信的事实，即量子粒子并不像你或我那样拥有确定位置，这会影响它们的相互作用。

通过将粒子冷却到接近绝对零并消除其他干扰，物理学家可以观察到它们相互作用发生时会发生什么。

“能够直接看到这些量子效应是一个突破。”麻省理工学院物理学家 Martin Zwierlein 说。

该团队使用激光和电磁体捕获并旋转了大约 100 万个钠原子。在之前的研究中，物理学家证明这会使原子云旋转成一个长针状结构，即玻色-爱因斯坦凝聚，在那里原子云开始表现得像一个具有共享特性的单一实体。

“在经典流体中，比如香烟烟雾，它只会变得越来越稀薄，”Zwierlein 说， “但在量子世界中，流体达到了它可以变薄的极限。”

在这项新研究中，麻省理工学院的物理学家 Biswaroop Mukherjee 和同事超越了这个阶段，捕捉了一系列吸收图像，揭示了原子从主要受经典物理学转变为量子物理学之后发生的事情。

相邻晶体之间甚至还有微小的黑点(见下面的“x”标记)发生逆流涡旋——就像我们在复杂的天气系统中看到的一样(想想木星上的风暴)。

(Mukherjee 等人，《自然》，2022 年)

“在这里，我们有量子天气：流体。因为它的量子不稳定性，分裂成这种由较小的云和漩涡组成的晶体结构，这种演变类似蝴蝶效应，因为不稳定性引发了湍流。即使在经典物理学中，这也会产生有趣的模式形成，就像云团环绕地球呈美丽的螺旋式运动。现在我们可以在量子世界中研究这一点。”

该团队控制了系统，因此没有其他东西的干扰。这意味着只有粒子本身的相互作用和它们的旋转在起作用。它们由此产生的行为显示出超固体特性，有点像电子以维格纳晶体的形式产生的特性。

虽然传统的晶体固体通常由排列在固定、重复网格结构中的原子组成，但这些结构会波动，只是保持在可定义的模式内——就像液体流过固定形状而伪装成固体。

该团队基本上使原子表现得像磁场中的电子一样。以这种方式使用原子使得由此产生的量子现象更容易操纵和观察——为关于这个令人费解的世界的更多发现开辟了道路。

“我们可以想象单个原子在做什么，看看它们是否遵循相同的量子物理学。”Zwierlein 说。

这项研究发表在《自然》上。

https://www.sciencealert.com/ultracold-atoms-form-tiny-tornadoes-as-classic-physics-gives-way-to-quantum-behavior