據New Atlas報道，宇宙受兩套看似不相容的物理學定律的支配–在我們的尺度上有我們習慣的經典物理學，而在原子尺度上則是奇怪的量子物理學世界。麻省理工學院（MIT）的物理學家們現在已經觀察到了原子從一個切換到另一個的時刻，因為它們形成了有趣的“量子龍捲風”。
在我們對世界的日常理解中似乎不可能的事情，在量子物理學中是完全可能的。例如，粒子基本上可以同時存在於多個地方，或通過隧道穿過障礙物，或在遙遠的距離上即時分享信息。
當粒子相互作用時，會出現這些和其他奇怪的現象，但令人沮喪的是，經典物理學的總體世界會幹擾並使其難以研究這些脆弱的相互作用。放大量子效應的一種方法是將原子直接冷卻到絕對零度以上的一小部分，創造出一種被稱為玻色-愛因斯坦凝聚物（BEC）的物質狀態，它可以在更大的、可見的尺度上表現出量子特性。
在這項新研究中，麻省理工學院的團隊就是這樣做的，以研究所謂的量子霍爾流體。這種奇怪的物質類型是由被困在磁場中的電子云組成的，它們開始以不尋常的方式相互作用，產生量子效應。研究人員用大約一百萬個超冷的鈉原子造出了BEC，而不是電子，因為電子在這個系統中太難看清楚了。
“我們想，讓這些冷原子的行為就像它們在磁場中的電子一樣，但我們可以精確地控制，”該研究的通訊作者Martin Zwierlein說。“然後我們可以直觀地觀查到單個原子在做什麼，看看它們是否遵守同樣的量子力學物理。”
研究小組將這團原子放在一個電磁陷阱中，然後以每秒100次的旋轉速度將它們旋轉起來。這團原子伸展成一個長針狀，變得越來越細–這時原子就轉變成了量子行為。
針狀結構首先開始像蛇一樣來回彎曲，然後它分成了不連續的片段。這些片段仍然在旋轉，形成了一個奇怪的結晶圖案，研究小組將其描述為一串“量子龍捲風”。這種行為完全由原子之間的相互作用所支配，並可能對量子和經典力學產生一些有趣的影響。
Zwierlein說：“這種演變與中國的一隻蝴蝶如何在這裡創造一場風暴的想法相聯繫，這是因為不穩定因素引發了湍流。在這裡，我們有量子‘天氣’：流體，只是從它的量子不穩定性，分裂成這種較小的‘雲和渦流’的晶體結構。而能夠直接看到這些量子效應是一個突破。”
這項研究發表在《自然》雜誌上。